1.режим движения пв при откачках в различных гг условиях.
Процесс развития депрессионной воронки на начальном этапе эксплуатации зависит от осушения пласта(в безнапорных горизонтах) или от влияния упругого режима (в напорных горизонтах «Упругий режим фильтрации возникает при изменении нагрузки на водоносный пласт, происходящей, например, в результате изменения напора (уровня) воды или за счет изменения внешней нагрузки на пласт. Упругий режим фильтрации особенно резко проявляется в напорных горизонтах»). При увеличении длительности откачки размеры депрессии становятся столь значительными что на нее оказывают действие :перетекание из ниже- и выше лежащих горизонтов, привлечение пв разгружающихся в естественных условиях. А так же различные границы пласта в плане и разрезе. Кроме того изменение уровня может зависеть от изменения дебита.
Режим пв определяется тремя группами факторов:
1)гг условиями(строение водовмещающей толщи и условиями на границе пласта в плане и разрезе)
2)естественным режимом пв(внешними влияниями)
3)техническими условиями проведения опыта
Типизация гг условий:
1.неограниченные водоносные горизонты, условно однородные по проницаемости и изолированные в кровле и подошве:
А)напорные вод.гор. в рыхлых отложениях
Б)безнапорные водоносные горизонты в рыхлых отложениях
В)напорные и безнапорные горизонты в трещиноватых породах
2.Водолносные горизонты в слоистых толщах:
А)двухслоинойе строение водоносной толщи
Б)многослойное строение водоносной толщи
3.Ограниченные вод.горизонты:
А)горизонты,связанные с поверхностными водотоками и водоемами
Б)горизонты ограниченные непроницаемыми контурами
В)горизонты, состоящие из различных зон с различной водопроводимостью и водоотдачей
Г)участки водоносных горизонтов с локальными очагами питания и разгрузки
Зависимость понижения от времени описывается уравнением Тейса:
S= - Q/4пkmE(- r²/2at) где S-пониженеи напора на расстояние r от скважины,из которой производится откачка, через время t после начала откачки
Q – дебит откачки, km – водопроводимость. a – коэффициент пьезопроводности,
E – интегральная показательная функция.
2.Виды и целевое назначение опытно-фильтрационных работ
Основным назначение ПФР является изучение строения водоносных горизонтов и комплексов, условий их взаимосвязи, характеристику их границ и значений геологических параметров(фильтрационных, емкостных,миграционных)Основные виды ОФР: откачки, нагнетания и наливы. Откачки проводятся в скважинах для определения фильтрационных и емкостных параметров водо.гор. Для предварительной оценки гг параметров и их изменение в разрезе используют экспресс методы: расходометрия скв, опережающее опробывание вод.гор.исследования скв. Испытателем пластов.
3.выбор местоположения и схемы опытного куста
При выборе опытногог куста следует учитывать, что наиболее достоверные и надежные результаты для определения параметров вод.гор., в процессе которых на опытные закономерности понижения уровней не накладывается влияние границ. Однако не следует удалять куст от границы если это приводит к удалению его от участка будущей эксплуатации.В таких случаях параметры могут быть определены с учетом влияния границ.Это бывает необходимо для получения данных, характеризующих влияние границ на работы эксплутационного сооружения. Местоположение скв. Для опытно-эксплутационной откачки всегда следует приурочивать к участку будущей эксплуатации.
Выбор схемы опытного куста заключается в обосновании количества возмущающих и наблюдательных скважин и их взаисного расположения в плане и разрезе.Это расположение должно обеспечить представительный охват области депрессии, а разность понижения в соседних скважинах и размер понижения в дальних наблюдательных скважинах существенно превышали точность измерения( не менее 20-30 см). Схема опытного куста определяется также сложностью гг условий участка(строение водовмещающей среды, неоднородностью фильтрационных свойств, напорным и безнапорным характером, наличием границ водоносных пород, перекрывающих горизонтов и т.д.). Минимальное количество наблюдательных скважин должно обеспечить возможность простейшего осреднения и контроля определяемых величин. Следовательно минимальное количество наблюдательныз скважин должно быть не менее 3х. По мере увеличения сложности условий растет количество наблюдательных скважин.
Для однородных водоносных пластов 2-3. для неоднородных пластов 3-4, для весьма неоднородных 4-10. Критериями неоднородности служит коэффициент вариации, определяемый по данным одиночного опробывания и сложность геологического разреза. Для глубоко залегающих водоносных горизонтов количество наблюдательных сквадин может быть сокращено за счет увеличения продолжительности откачки и за счет вовлечения в сферу депрессии и более удаленных разведочных скважин
Однолучевые кусты проектируются в относительно однородных пластах на удалении от границ; двухлучевые – в анизотропных пластах с направлением лучей по предпологаемым осям анизотропии, в ограниченных пластах, где один луч ориентируется параллельно границе, а другой нормально к ней; трехлучевые – задаются в неоднородных пластах со сложными границами. Возмущающие скважинв располгагаются в вершине одного или нескольких лучей
Количество возмущающих скважин при кустовой откачке определяется необходимостью получения расхода, способного обеспечить требуемое понижение уровня в удаленных наблюдательных скважинах и разницу между понижениями в соседних. Для этого понижение уровня в возмущающей скважине должно быть не менее 3-4 м. Поэтому в пластах с высокой водопроводимостью, когда расход одной скважины не может обеспечить требуемое понижение, кустовую откачку проводят из нескольких скважин.
В опытных кустах, проектируемых для изучения взаимодействия вод.гор. (Двухслойные и многослойные толщи) наблюдательные СКВ. Следует закладывать как на опробуемый горизонт, так и на те, из которых ожидается перетекание. Специальные наблюдательные СКВ. Следует закладывать так же на разделительные слои, оборудуя их датчиками порового давления. Наблюдательные СКВ. На смежные горизонты следует закладывать рядом со скважинами на опробуемый горизонт, однако их количество , по сравнению с опробуемым горизонтом, можно сократить. Одна из них, так же как и СКВ. На разделительный слой, закладывается рядом с возмущающей, де процессы перетекания должны проявляться наиболее интенсивно.
Характер, степень и продолжительность возмущения.
При проведение опытных откачек следует стремиться к поддержанию постоянного расхода в течении всего опыта, что упрощает обработку и увеличивает надежность получаемых результатов. Поэтому откачки должны проводиться при одной ступени расхода и при одновременном включении всех возмущающих СКВ. Разновременное включение целесообразно лишь при необходимости определения условий взаимодействия между ними и величины среза уровня во взаимодействующих скважинах. Для получения кривой дебита в большинстве случаев достаточно 2х ступеней, и лишь в безнапорных трещин-карстовых горизонтах в ряде случаев необходимо 3 ступени. Кривая Q=f(S) зависит не только от свойств горизонта. Но и от технического состояния СКВ. Такие откачки следует проводить лишь из разведочно-эксплутационных СКВ.
Степень возмущения или расход при откачки определяется из условия обеспечения в возмущающих СКВ. Понижения уровня не менее 3-4м. Такой расход при длитедбности откачки 5-10 суток и рекомендованной схеме куста должен обеспечить разность в соседних наблюдательных СКВ. И наиболее удаленной из них не менее 20 см.
Особенности проведения опытно-эксплутационных откачек(выпусков)
Расход опытно-эксплутационной откачки по возможности подбирается близким к эксплутационному. Причем дебит при первой ступени откачки должен быть близок либо превышать естественные ресурсы. Возмущающие разведочные и разведочно-экспл. СКВ. Должны располагаться в точках заложения будующих эксплутационных СКВ. Схема расположения наблюдательных СКВ. В каждом конкретном случае выбирается с учетом количества и местоположения возмущающих СКВ. И геологической обстановки в пределах опробуемого участка. В общем случае целесообразно иметь наблюдательную СКВ. Возле каждой возмущающей и между ними. Лучи из 2-4 наблюдательных СКВ. Должны быть направлены в сторону выявленных и предполагаемых границ участка. При наличие в кровле опробуемого пласта обводненных и слабопроницаемых отложений на них также следует оборудовать 2-3 наблюдательные СКВ.
Наиболее сложным вопросом является выбор продолжительности опытно-эксплутационного возмущения . При определении продолжительности опыта следует исходить из следующих основных требований:
1)Во всех наблюдательных СКВ., кроме удаленных должен, быть достигнут квазистационарный режим изменения уровня.
2)Квазистационарный режим должен быть достигнут с учетом взаимодействия всех возмущающих скважин. Это условие соблюдается при параллельности графиков изменения уровня по всем СКВ. В центральной зоне опытного куста, построенным в координатах S=f(lg t) или других обеспечивающий прямолинейный характер графиков.
3)В процессе кустовой откачки изменения уровня должны наблюдаться у границ питания и разгрузки опробуемого водоносного горизонта.
Если в процессе эксплуатации предполагается осушение того или иного обводненного интервала водоносного горизонта, в процессе опробования скважины он должен быть перекрыт глухими трубами.
Наблюдения в процессе откачек.
В процессе откачек должны производиться измерения расхода воды, проверяться положение уровня в возмущающей и наблюдательных СКВ, а при проведении откачек на прибрежных участках – и изменения уровня поверхностных вод . Частота измерений определяется целевым назначением откачки. Как правило она выше в начале опыта(через 1,5,10,20,30 мин., далее через 1 и 2 ч) и ниже по мере удаления наблюдательных скважин от опытных до нескольких раз в сутки. После окончания откачки во всех скважинах проводятся наблюдения за восстановлением уровня. Их частота определяется темпом восстановления уровня, с тем чтобы количество точек позволило построить логарифмический график восстановления.
Опеределение направления и скорости движения подземных вод.
Для решения многих задач необходимо определить направление и скорости движения ПВ, активную пористость и др. параметры вод.гор. Эти показатели определяются гг и геофизическими методами. Обычно задачи выявления направления и действительной скорости движения решаются совместно.
Направление движения ПВ легко устанавливается при наличии карт гидроизогипс или гидроизопьез по изучаемым вод.гор. По таким картам направление движения ПВ определяется линиями токов проведенных перпендикулярно к линиям равного напора(гидроизогипсам или гидроизопьезам) по уклону потока.
При отсутствии карт необходимо иметь не менее трех выработок, чтобы установить отметки уровня ПВ. Выработки желательно располагать по углам равностороннего триугольника с длиной стороны от 50 до 200м(чем меньше уклон потока, тем больше расстояние между СКВ.). По известным или установленным отметкам уровня ПВ путем интерполяции составляется план изолиний свободной или пьезометрической поверхности и определяется направление движения потока по линиям токов. Определение направления движения по картам гидроизогип следует считать основным методом, однако не единственным. Направление можно установить геофизическими методами-фотографирование в скважинах конусов распространения красителя от точечного источника, методом заряженного тела, и радиоиндикаторными методами.
Среди полевых методов определения действительной скорости движения наибольшее практическое применение получили индикаторные методы, основанные на введение в испытуемые горизонт через пусковые скважины индикаторов и определение скорости их двения в условиях подземного потока по времени появления индикаторов в наблюдательных скважинах.
Возможно определение направления и скорости движения ПВ и без наблюдательных СКВ.(односкваженные методы), если для таких определений используются данные наблюдений за изменением концентрации во времени или за его распространением непосредственно в пусковой скважине(фотографирование конусов распространения красителя, радиоиндикаторные замеры)
Радиоиндикаторные методы-ведется контроль за перемещением изотопов и определение их концентрации.
Изучение и прогноз режима ПВ
Изучение режима и баланса ПВ занимает ведущее место в комплексе гг исследований. Эти работы позволяют количественно охарактеризовать процесс формирования ПВ и дать прогноз изменения гг условий в естествееных условиях или при нарушенной обстановке деятельностью человека.
Под режимом ПВ понимают процесс характеризующийся изменением уровня, расхода, гидравлического уклона, скорости, температуры, вязкости, химического и газового состава во времени и пространстве. Различают естественный (обусловленный воздействием естественных факторов) и нарушенный (под воздействием откачек, мелиорации и т.д.) режимы ПВ. Кроме того выделяют еще и слабонарушенный, который под воздействием искусственных факторов меняет только некоторые характеристики, но сохраняетя основные закономерности естественного режима.
В результате изучения режима и баланса можно определить: коэф. Фильтрации, коэф. Водоотдачи, питание, температуру, хим.состав, амплитуды колебаний уровня поверхностных водотоков…
Исследования режима подразделены на региональные и специализированные.
Региональные преследуют цель установить общие закономерности естественного режима основных водоносных горизонтов. Получаемая информация используется для общего пользования.
Рекомендации по организации и проведению исследований режима ПВ
Конечной целью исследований режима ПВ является установление прогноза для использования или регулирования ПВ. Наблюдательные пункты должны осветить режим грунтовых вод различных геоморфологических районов в отложениях различного возраста и литологического состава. При изучении режима напорных вод должны быть охвачены исследованиями области питания, напора и разгрузки этих вод. При этом наблюдательные пункты следует размещать по створам, вытянутым в направлении основного движения ПВ. По створам, нормальным к реке, изучается режим ПВ в речных долинах. В районах где грунтовые воды подпитываются напорными целесообразно оборудование пьезометров опущенных на различную глубину.
Весьма желательно дополнять региональные исследования режима изучением основных элементов баланса ПВ. Для этого целесообразно испльзовать гидродинамический анализ режима уровня ГВ с соответствующим размещением наблюдательных пунктов. Вопрос о минимальной площади, обслуживаемой одним наблюдательным пунктов в каждом случае решается отдельно, в зависимости от сложности гг условий.
ГГ наблюдательные пункты специального назначения создаются на участках нарушенного режима, в результате хоз. Деятельности человека.
Режим ПВ формируется под воздействие 6ти генетических групп факторов:
Геологические
Космогенные
Климатические
Биолого-почвенные
Гидрологические
Искусственные
Для правельного анализа режима важное значение имеет установление основных режимообразующих факторов и длительность их воздействия.
Типы режима
1.Тип кратковременного, преимущественно летнего питания(мерзлотный) характеризуется изменением физического состояния грунтовой воды(от жидкого до твердого) и вследствии этого кратковременным (в летнее время) существованием потока грунтовых вод.
2.Тип сезонного, преимущественно весеннего и осеннего питания.
3.Тип круглогодичного питания.
Степень расчлененности рельефа определяет соотношение элементов баланса грунтовых вод, следовательно и особенности их режима.
Режим напорных вод
Режим напорных вод изучается в комплексе с режимом грунтовых вод. Необходимо учитывать что связь с поверхностью бале затруднена чем у грунтовых вод. Это проявляется в более сглаженных и сдвинутых во времени колебаниях всех элементов режима(уровня, температуры и хим. состава) К числу основных факторов определяющих режим напорных вод относят:
1.климатические особенности территории питания.
2.степень изолированности напорного горизонта от поверхности земли, зависящую от глубины его залегания и литологического состава водовмещающих и перекрывающих пород, а также слабопроницаемых пород, затрудняющих связь с грунтовыми и поверхностными водами.
3.степень дренированности напорных вод.гор., определяющую интенсивность водообмена ПВ
Выделяют режимы кратковременного летнего питания, сезонного весеннего питания, круглогодичного преимущественно зимнего питания.
При гг исследованиях особое внимание уделяется нарушенному режиму. Этот режим проходит в результате инженерных мероприятий, связанных с извлечением воды или наоборот с искусственным увеличением питания.
Изучение баланса производится путем экспериментальных исследований на специально оборудованных площадках или путем гидродинамического анализа режима грунтовых вод-метод конечных разностей. При экспериментальных исследованиях используют лизиметры-испаритель это возможно при залегании не более 10 м.
Метод конечных разностей основан на изучении минимум по трем СКВ, расположенных нормально к потоку или конвертом из 5 скв(при двухмерном потоке). Это метод может применяться при любой глубине залегания ПВ. Однако он малоприменим при разнородной водоносных пород большой мощности.
При изучении баланса необходимо выполнять след. Условия:
1.Каждый крупный гг район с определенными геоморфологическими и гг условиями должен иметь несколько расчетных балансовых участков
2.На каждом расчетном балансовом участке следует оборудовать сеть наблюдательных СКВ, отображающих условия залегания и движения грунтовых вод в плане и разрезе.
3.В качестве основных элементов баланса для каждого расчетного промежутка принимаются следующие параметры: инфильтрация атм. Осадков, испарение, прито минус отток, изменение запасов вод за то же время.
Геофизические методы
В настоящее время в гг широко применяются геофизические методы, основанные на использовании естественных и искусственно созданных физических полей. Поиск и разведка погребенных водоносных структур сводятся к выявлению в разрезе маркирующих горизонтов, резко отличающихся по своим физическим свойствам от других пород. Ведущими методами являются методы электроразведки и сейсморазведки. Из методов электроразведки: методы вертикального электрозондирования(ВЭЗ), дипольного электрозондирования(ДЭЗ) и становления поля (СП) они изучают изменение пород по вертикали. По результатам полевых наблюдений строятся кривые ВЭЗ.
Изучение поверхностных и подземных карстовых форм
В большинстве случаев трещиноватость горных пород является первопричиной образования как поверхностных, так и глубинных карстовых форм. Поэтому изучение трещиноватости и карстопроявления представляет собой один общий вопрос при решении задач водоснабдения, изучения инженерно-геологических условий возведения сооружения и т.п.
Основным методом изучения закарстованности является электрооазведка и и в меньшей мере сейсморазведка. Этими методами решаются следующие задачи:
1.Выявление и оконтуривание зон повышенной трещиноватости и закарстованности.
2.Определение глубины распространения этих зон
3.Обнаружение отдельных карстовых областей и их оконтуривание.
Для выявления и оконтуривания зон повышенной трещиноватости и закарстованности применяются методы электропрофилирования.
Для детального расчленения геологических разрезов СКВ применяются методы электрокаротажа(каротаж КС, ПС, БКЗ), радиоактивного каратожа. При литологическом расчленении горных пород, в частности при выделении в разрезе водоупорных и водопроводимых горизонтов используются специфические характерные особенности каротажных диаграмм, построенных с помощью вышеуказанных методов.
Термические исследования подразделяются на на наблюдения в СКВ(термокаротаж), площадные исследования и наблюдения при проходке горных выработок.
Минерализации изучается по изменению сопротивления воды в скажинах(минерализованные воды представляют собой электролит), с помощью резистивиметра- прибора представляющего собой каротажный зонд малых размеров, помещенный в чехол, исключающий воздействие окружающих горных пород на сопротивление воды.
Применимость геофизических методов при изучении трещинных подземных вод обусловлена изменениями физических свойств горных пород, за счет появления в них трещин. На площадях развития легкорастворимых пород существенные изменения физических свойств могут быть обусловлены карстом, развитию которого способствует повышенная трещиноватость.
Особенности объекта исследования (геометрия водовмещающих горизонтов и их размеры, характер аномалий физических полей и их контрастность, степень кольматации трещин и условия применимости геофизических методов) определяют выбор рационального комплекса исследований. Причем ввиду слабой контрастности физических полей геофизические методы используются чаще всего комплексно.
В настоящее время геофизические методы широко применяются при изучении трещинных ПВ, помогая решать ряд задач:
1)Картирование водоносных зон. Приуроченных к трещиноватым и закарстованным породам.
2)Оценка анизотропии и степени трещинноватости пород
3)Определение характера заполнения трещин и карстовых пустот
4)Изучение условий питания и движения ПВ
5)Изучение трещиноватых зон в разрезах СКВ
6)Оценка трещинной пористости
7)Оценка водопроницаемости пород
8)Оценка гидравлической взаимосвязи водоносных горизонтов
Работы проводятся последовательно в три этапа. На первом этапе осуществляется сбор имеющихся по району геологических материалов, дешефрирование аэрофотоснимков и составление схематической геологоструктурной карты района масштаба 1:50 000 и крупнее. В зависимости от исходный материалов выбирается участок работ и масштаб площадных геофизических исследований, которые проводятся на втором этапе. На третьем этапе проводится детализация выявленных аномалий или отмеченных по данным первого этапа структур. Исследования вед.утся по профилям расположенным вкрест простирания объектов исследования.
ГГ исследования на месторождениях ПВ