4.4 Схематизация гидрогеологических условий района

Участок «Ростань» расположен на водоразделе р.р.Хопер и Ворона, являющихся  естественными дренами. Предыдущими исследованиями установлена тесная  взаимосвязь между всеми гидрогеологическими  подразделениями, развитыми  в районе работ и единство режимообразующих факторов. Формирование эксплуатационных режимов средне-верхнефаменского водоносного комплекса будет происходить преимущественно за счет перетока из вышележащего уваровско-тамбовского горизонта, который в свою очередь, взаимосвязан с белогорским и четвертичными горизонтами и комплексами. Разгрузка последних осуществляется в долины рек.

В связи с вышеизложенным, внешние границы модели на западе, юге и востоке ограничены естественными дренами - нижнее течение р.Ворона - р.Хопер - которые в  модели реализованы как граничные условия III рода (H/Q связанные функциональной зависимостью) (рис. 3).

                                                                                                    Рис. 3

Северная граница модели была удалена за пределы возможной области развития депрессионной воронки в питающем уваровско-тамбовском горизонте и реализована граничные условия II рода (Q=const=0).

Разработка модели осуществлялась на планшете масштаба 1:50000. Площадь моделирования была разбита на блоки имеющие размеры от 350м • 350м до 1850м •1500м.

Минимальные размеры блоков модели приурочены к району проектируемого водозабора

и обусловлены необходимостью реализации в модели проектных эксплуатационных скважин. Максимальные размеры блоков - к краевым частям модели (в связи с  этим здесь отмечаются отклонения модельного и фактического положения русел моделируемых поверхностных водотоков). Всего было задано 37 блоков по оси J (строки) и

35 блоков по оси I (столбцы). Общее количество блоков расчетной модели составило 1295. Общая площадь моделирования составила 41,2x30,9 км=1273км2.

Фильтрационные свойства гидрогеологических подразделений развитых в районе изучены в незначительном объеме и приурочены в основном к первым от поверхности горизонтам и к краевым частям модели. В связи с этим выделение зон с различными коэффициентами фильтрации выполнено на основе общегеологических условий развития тех или   иных отложений с учетом имеющихся результатов определения Кф по одиночным и кустовым откачкам.

При разработке математической модели в разрезе было выделено 4-е основных водоносных комплекса:

-   в   первый   комплекс  включены  все   водоносные   и   водоупорные   отложения четвертичного, неогенового и мелового возрастов, залегающие выше аптекою водоупора;

второй комплекс модели представлен глинами аптского возраста;

- третий комплекс представлен валанжинскими песчано-глинистыми отложениями; четвертый комплекс модели - известняками вернедевонского возраста.

С целью реализации в модели ламкинского водоупора, в составе первого комплекса

выделено три слоя. Таким образом, в вертикальном разрезе моделируемой территории

выделено -   6 слоев:

1 слой   (Q + N2bg) состоящий из гидравлически взаимосвязанных между собой и поверхностными водотоками гидрогеологических подразделений:

-     современный аллювиальный горизонт;

- верхнечетвертичный аллювиальный горизонт; - нижнечетвертичный (южно-воронежский) аллювиальный горизонт; - белогорский терригенный горизонт.

Данный слой развит по всей моделируемой территории. Плановая неоднородность фильтрационных свойств первого слоя отражена в выделении 5 зон с коэффициентами фильтрации от 1 до 30 м/сут. Максимальные значения Кф приурочены к верхнечетвертичным аллювиальным отложениям, минимальные - к области развития южно-воронежского горизонта.

2 слой (N1lm) представлен глинами тамбовского возраста имеющими повсеместное распространение в центральной части модели. В пределах развития данного водоупора выделено две зоны с Кф - 0,1 и 0,5м/сут, которые отражают фациальную изменчивость отложений. Минимальное значение Кф приурочено к центральной части области развития тамбовских глин, максимальное - к южной и северной частям, где глины залегают в виде маломощных прослоев в толще песков.

3 слой (n1+k1а) включает в себя водоносные уваровско-тамбовский  терригенный горизонт. Плановая фациальная неоднородность    отложений реализована в выделении 5-ти зон с Кф от 5 до 40м/сут. Максимальные Кф приурочены к области развития переуглубленной части неогеновой палеодолины. По мере уменьшения мощности неогеновых отложений и, соответственно, увеличения мощности отложений апта альба, уменьшался и Кф. Первые три слоя модели объединены в единый комплекс и имеют общий статический уровень.

4   слой   модели   (K1a)   представлен   водоупорными   глинами   аптского   возраста, распространенными   практически   по   всей   области   моделирования,   за   исключением переуглубленной части неогеновой палеодолины (m=0м). По всей области развития аптского водоупора задан Кф = 0,01 м/сут.

5  слой модели ( K1v) представлен песчано-глинистыми отложениями валанжинского яруса. Данный слой развит на всей площади моделирования, минимальная мощность его отмечается в пределах переуглубленной части неогеновой палеодолины. В плане было выделено 4 зоны с коэффициентами фильтрации от 15 до 0,5м/сут. Максимальное значение КФ=15м/сут приурочено к участку разведки «Махровский». Минимальное значение приурочено к восточной части территории, к области погружения кровли девонских известняков, где происходит увеличение мощности валанжинских глин.

6  слой модели (D3) - представлен известняками целевого средне-верхнефаменского водоносного комплекса и развит по всей области моделирования. Вскрытая мощность отложений достигает 30м, однако результаты резистивиметрии показали, что мощность зоны наиболее активной трещиноватости не превышает 15 м и приурочена она к верхней части разреза. В связи с этим, мощность шестого слоя модели по всей территории была задана равной 15 м. Плановая фильтрационная неоднородность   этого слоя была реализована в отношении нескольких зон с коэффициентами фильтрации от  0,1 до 75м/сут. Максимальные значения приурочены к переуглубленной части палеодолины.  

4.5 Расчет эксплуатационных запасов месторождения подземных вод “Ростань”

Учитывая сложные геолого-гидрогеологические условия участка работ, в ФГУП «Воронежгеология» прогнозная оценка эксплуатационных запасов месторождения “Ростань” была подсчитана методами математического моделирования. При разработке математической модели в разрезе выделялось четыре основных водоносных горизонта, причем с целью реализации ламкинского водоупора, в составе первого комплекса было выделено три слоя. Таким образом, в вертикальном разрезе моделируемой территории выделено 6 слоев.

Проведённые расчёты подтвердили возможность отбора 44000м3/сут воды на участке «Ростань» из средне-верхнефаменского терригенно-карбонатного комплекса верхнего девона. Максимальное расчетное понижение по намечаемому к эксплуатации комплексу составляет 25,4м, по питающему - 23,7м (при допустимом понижении для питающего пласта - 42,9м). Ущерб поверхностному стоку p.p. Хопёр и Ворона не превысит 1,5% от минимального меженного их расхода Разработанная геофильтрационная модель района работ обладает достаточно большим запасом прочности, так как при решении прогнозных задач задано низкое значение гравитационной водоотдачи для первого модельного комплекса и не учитывается приток подземных вод поступающий с северо-восточной границы района.

В силу сложности характера вычислений с использованием специализированных программных средств, автору данной курсовой работы не было возможности проверить точность результатов. Был выбран косвенный метод прогнозной оценки эксплуатационных запасов месторождения: путем пересчетов на основе более простой модели работы водозабора, абстрагируясь от тесной связи с уваровско-тамбовским водоносным комплексом, наличия напора в средне-верхнефаменском водоносном горизонте, а также различного дебита каждой из 14-ти скважин проектного водозабора.  Во внимание принимались только основные гидродинамические параметры.

Расчетные данные:

H = 30 м (мощность безнапорного пласта);

K = 75 м/сут (коэффициент фильтрации);

Т = 957 м2/сут (коэффициент водопроводности);

ay = 1,8*104 м2/сут (коэффициент уровнепроводности);

n = 14 скважин (количество скважин в ряду);

2σ = 461 м (ср. расстояние между скважинами);

длина линейного ряда = 5950 м.

Допустимое понижение Sдоп=15 м.

Расчет  производится по формуле:

, где:

Qсум. – суммарный расход всех взаимодействующих скважин водозабора м3/сут.

Q0 – дебит наиболее нагруженной скважины, работающей в центре водозабора, для которой определяется понижение уровня, м3/сут.

Q1 ….  Qn – дебиты скважин, вызывающих срезки, расположенных на расстоянии r1 …. Rn

Rn – приведенный радиус водозабора, определенный по формуле Rn=1,5, где t – расчетный срок эксплуатации водозабора = 10000 сут.

Qсум принимаем равным 44000 м3/сут (заявленная потребность), тогда Q1 … Q2 == 3143 м3/сут.

r0 = 0,2 м (скв. №7 – 56 р.э.);

r1 = 337,5 м (скв. №8 – проектная);

r2 = 675 м (скв. №9 – проектная);

r3 = 1012,5 м (скв. №10 –проектная);

r4 = 1350 м (скв. №11 – 55 р.э.);

r5 = 2130 м (скв. №12 – проектная);

r6 = 2910 м (скв. № 13 – проектная);

r7 = 3700 м (скв. № 14 – 51 р.э.);

r8 = 375 м (скв. № 6 – проектная);

r9 = 750 м (скв. №5 - проектная);

r10 = 1125 м (скв. № 4 – проектная);

r11 = 1500 м (скв. №3 – 57 р.э.);

r12 = 1875 м (скв. №2 –проектная);

r13 = 2250 м (скв. №1 – проектная).

Тогда:

= 30 – 16 =14 м.

Таким образом, было получено понижение, не превышающее допустимого.

Заключение

В результате произведенных исследований было установлено:

1. По качественным характеристикам воды средне-верхнефаменского водоносного комплекса удовлетворяют требованиям СаНПиН.
2. Количественные характеристики данного комплекса изучались с использованием схемы будущего водозабора из 14-ти скважин с совокупным дебитом 44000 м3/сут двумя методами: моделированием  в программном комплексе MCG (создан в МГУ, кафедра гидрогеологии) и относительно простым схематичным методом оценки расчета водозаборных сооружений в однородном неограниченном пласте при постоянном дебите скважин. В первом случае, максимальное понижение составило 23 м при допустимых 42, во втором – 14 м при допустимых 15-ти.

Учитывая несовершенство любой математической модели вследствие невозможности учесть все факторы, определяющие гидродинамику, задача подтверждения одних расчетов другими изначально не ставилась.  Целью расчетов было показать, что максимальное понижение центральной скважины водозабора в обоих случаях окажется меньше допустимого, то есть водозабор с его экономико-технологическими характеристиками сможет без проблем функционировать заданное расчетами время (10000 суток). А, следовательно:

1. задача хозпитьевого водоснабжения г. Борисоглебска с потребностью 52000 м3/сут может быть решена в соответствии с планом за счет использования ресурсов месторождения «Ростань» (44000 м3/сут). Оставшиеся потребности могут быть удовлетворены водами неогеновых и четвертичных водоносных комплексов городского водозабора «Чигорак».

ЛИТЕРАТУРА

А. Опубликованная:

1.   Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. “Оценка запасов подземных вод”, Киев, Выща школа, 1989 г. – 407 с.

2.   Климентов П.П., Кононов В.М. “Методика гидрогеологических исследований”, Москва, Высшая школа, 1989 г. – 448 с.

3.   Мироненко В.А. “Динамика подземных вод”, Москва, Недра, 1983 г. – 357 с.

4.   Плотников Н.И. “Поиски и разведка пресных подземных вод”, Москва, Недра, 1985 г. – 370 с.

5.   Жернов И.Е. “Динамика подземных вод”, Киев, Вища школа, 1982 г. – 324 с.

Б. Фондовая:

6.   Заключение о результатах работ первой очереди I этапа по объекту «Изыскание дополнительных источников водоснабжения г. Борисоглебска Воронежской области на участке «Ростань»», г. Воронеж, 2001 г.

ГРАФИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ:

1. Гидрогеологическая карта масштаба 1:50000, совмещенная с картой фактического материала;
2. Гидрогеологические разрезы по линиям I-I, II-II;
3. График колебания дебита и динамического уровня в скважине 56 р.э. и др. данные по скважине;
4. Иллюстрированное приложение работ на участке месторождения “Ростань”;
5. Моделирование работы проектного водозабора, использующего ресурсы средне-верхнефаменского водоносного комплекса;
6. Геологическая карта района работ масштаба 1:200000 с разрезом.