гідрогеологічного моніторингу на ділянках берегових водозаборів (методичні рекомендації)

В. М. Шестаков, С. А. Брусилівський

Справжні методичні рекомендації складені у розвиток документа [1] стосовно умов берегових водозаборів і використовують загальні принципи гідрогеоекологіческого моніторингу, представлені в роботі [2]. Моніторинг підземних вод на територіях берегових водозаборів може розглядатися, як найбільш типовий випадок водно-ресурсного моніторингу, цілеспрямованого на обгрунтування раціонального використання ресурсів підземних вод. Такий моніторинг являє собою систему проведення спостережень та збору інформації для оцінки стану і прогнозування змін у системі водовідбору стосовно до вирішення завдань управління роботою водозаборів підземних вод, виходячи з водогосподарських вимог.

Аналіз матеріалів моніторингу підземних вод на ряді об'єктів централізованого водопостачання показує, що методика його проведення має бути тісно пов'язана з гідрогеологічними умовами на територіях водозаборів. З цієї точки зору представляє першорядний інтерес умови берегових водозаборів, що мають широке поширення і розвинену систему моніторингу. Берегові водозабориподземних вод розташовуються на берегах річок (водосховищ) в експлуатованих горизонтах підземних вод і в плані зазвичай складаються з лав водозабірних шпар (НД) вздовж берега річки (водосховищ). Основну балансову часть у таких водозаборів становить приплив з боку річки (водосховищ).

Моніторинг на території водозаборів підземних вод включає проведення регулярних спостережень і спеціальних прогностичних обстежень.

Регулярні спостереження (РН) проводяться для регулярного стеження за станом водозабірних свердловин і якістю видобутої води. Ведення КЗ організується водокористувачем за участю СЕС. Терміни проведення РН визначаються затверджується регламентом. Особливу увагу до проведення РН проявляється при наявності явного погіршення умов водовідбору (аварійне зниження продуктивності або перевищення забруднення за показниками ГДК).

Спеціальні обстеження проводяться для прогностичного обгрунтування оптимізації роботи водозаборів з урахуванням поліпшення якість відбирається води, зокрема, для переоцінки експлуатаційних запасів підземних вод на ділянці водозабору. Спеціальне обстеження організується водокористувачем із залученням спеціалізіруюшіхся в цьому напрямку організацій федерального рівня згідно з стратегічної програми використання підземних вод для водопостачання. Як правило, для наукового супроводу спеціальних прогностичних обстежень слід залучати спеціалізовані наукові підрозділи.

Терміни проведення спеціальних обстежень встановлюється згідно з планування робіт з оптимізації роботи водозабору. На етапі пуску водозабору проводяться початкове прогностичне обстеження, на підставі якого повинно бути перевірено реальне відповідність продуктивності водозабору затвердженим експлуатаційних запасів.

В рамках моніторингу можуть проводиться спостереження, спрямовані на вирішення проблем водовідбору вплив на навколишнє середовище, - такі спостереження слід проводити з участю геоекологів, що спеціалізуються на вирішенні такого роду робіт. Особливі обстеження проводяться також при роботах з регенерації водозабірних свердловин з завданням оцінки ефективності цих робіт. Гідрогеологічного моніторингу включає гідрогеодінаміческіе і гідрогеохімічні спостереження. При їх постановці нижче конкретно розглядаються найбільш характерні для середньої смуги Росії умови постійно діючих рівнинних річок і не враховуються особливості умов на територіях багаторічної мерзлоти.

Гідрогеодінаміческіе спостереження

Гідрогеодінаміческіе РН спрямовані на спостереження за стабільністю роботи водозабору і включають синхронні заміри рівнів і витрат води у ЗС, а також рівнів води в річці. При постановці гідрогеодінаміческіх спостережень слід мати на увазі, що найбільший вплив на продуктивність берегових водозаборів зазвичай надають опору ложа водотоку (водойми), включаючи пов'язану з ним величину відриву рівнів потоку під водотоком, а для свердловин в піщаних водоносних пластах так ж і скін - ефект, що визначає втрати напору в пріскважінной зоні нд

Прогностичні обстеження на ділянках берегових водозаборів згідно з принципом модельної орієнтованості [2] повинні бути, головним чином, спрямовані на оцінку параметрів геофільтраціонной схеми, яка використовується для розрахунків водозаборів.

Просторова структура (дизайн) розташування спостережних свердловин (НС) встановлюється, виходячи з вимог проведення подальшої інтерпретації даних спостережень з урахуванням можливості діагностичної оцінки узгодження умов спостережень використовуваної розрахунковою схемою. Вирішення цього завдання вимагає творчого підходу, при реалізації якого слід виходити з принципу відповідності дизайну мережі НС структурі потоку підземних вод, що залежить від особливостей профільної і планової деформації потоку, а також від пластового будови потоку. Уявлення про структуру потоку встановлюються на підставі тестового геофільтраціонного моделювання.

В Як приклад розглянемо типові умови потоку на ділянці берегового водозабору, що складається з лав водозабірних шпар (НД), що розташовуються уздовж берега річки в однопластовом потоці. У цьому випадку в основній частині потік зазвичай може вважатися плановим, що має генеральний напрямок від берега ріки до низки Нд, із зоною профільної деформації в ложе річки і прилеглої до неї області потоку.

Як основний розрахунковий випадок зазвичай розглядається при цьому умови стаціонарного режиму потоку, відповідні меженний рівня води в річці. У цьому випадку до основним геофільтраціонним параметрами в умовах однопластового будови потоку грунтових вод відносяться провідність потоку з характеристикою розподілу проникності за його глибині, параметри опору ложа ріки, а також розрахунковий радіус водозабірних свердловин, що характеризує їх пріскважінное опір (скін-ефект).

В таких умовах варто встановлювати НС по створах нормальним до ліній водозабору, уникаючи місць викривлення контуру урізу водойми (рис.1). Між водозабором і річкою в створі повинні розташовуватися, як мінімум, дві НС. Для повноти уявлень про потоці доцільно в цьому створі додавати ще одну НС, маючи на увазі, що це дозволяє провести не тільки визначення параметрів, але і діагностику стаціонарності режиму потоку, яка може порушуватися через неконтрольованих змін водовідбору [3]. Для малих і середніх річок слід також мати НС на протилежному від водозабору березі річки (НС0 на рис.1). Найближчу до річки НС рекомендується відсовувати від урізу річки за межі зони профільної деформації потоку, що при порівняно однорідному будові потоку (за відсутності глинистих прошарку усередині потоку) має розмір близько потужності потоку.

При наявності двох рядів НД до наглядової створу додаються НС між рядами. Продовження створу НС за межі рядів нд обумовлюється необхідністю обліку потоку до лав НД з берегової боку, а також для оцінки впливу водовідбору на навколишню територію.

Закладення фільтрової частини НС при однорідному будові водоносного пласта по глибині можна обмежувати, встановлюючи їх з деякими заглибленням у водоносний пласт. При наявності у водоносному шарі глинистих шарів варто задавати глибину закладення НС з урахуванням можливості поділу напорів потоку всередині шару, особливо для найближчій до річки НС.

Берегові водозабори, що розташовуються в першому від поверхні горизонті напірних вод, зазвичай складаються з ряду водозабірних свердловин, встановлених у цьому горизонті уздовж берега річки. У цьому випадку для визначення розрахункових геофільтраціонних параметрів, - до яких крім провідності водоносних пластів додається коефіцієнти перетікання поділяють пластів, - у рамках моніторингу може бути рекомендована схема розташування НС, показане в розрізі на рис. 2,-тут система НС складається з двох пар НС, що розташовуються по берегах річки в верхньому шарі, і створу з двох НС в нижньому шарі. Аналогічні схеми розташування НС - із зменшенням їх кількості по глибині - рекомендуються при водовідбору з двох напірних пластів.

В складі спостережної створу обов'язково повинен бути водомірний пост, дозволяє заміряти режим рівнів води в річці. Стаціонарні гідрометричні створи, на яких також визначається витрата води в річці, обладнуються -- відповідно до рекомендацій [1] - вище і нижче за течією річки в тих випадках, коли водовідбору порівняємо з меженний витратою річки, щоб мати можливість оцінити за даними гідрометричних спостережень викликається водовідбору збиток поверхневого стоку.

Пристрій водозабірних свердловин повинно дозволяти регулярно проводити заміри динамічних рівнів разом з вимірами дебіту НД, які повинні використовуватися для оцінки параметрів скін-ефекту, нерідко визначають реальну продуктивність нд Заміри дебітом нд виробляються водомірами або витратомірами, а при їх відсутності для наближеної оцінки витрат водовідбору використовуються дані по часу роботи насоса і витраті електроенергії.

Кількість наглядових створів та їх розташування уздовж водозабірного ряду обумовлюється неоднорідністю гідролого-геологічних умов і нерівномірністю водовідбору. При цьому доцільно для вивчення нерівномірності впливу опору ложа річки передбачати завдання одиночних НС уздовж річки, погоджуючи їх положення з особливостями будови руслових відкладень. Спеціальний дизайн НС приймається для замірів заповнення запасів грунтових вод при затоплення заплави в паводок.

Важливим питанням для прогнозування гранично можливого водовідбору на ділянці берегового водозабору є встановлення рівня відриву, при якому здійснюється перехід під річкою від підпертою фільтрації до вільною. Для визначення цього рівня можна мабуть використати проведення поверхових пьезометріческіх замірів в руслі річки, хоча практичного обгрунтування таке рішення поки не має.

При наявність на ділянці водозабору інфільтраційних басейнів, які здійснюють штучне поповнення запасів грунтових вод, в дизайн системи спостережень включаються НС, розташовані поблизу басейну, а також пристрої для вимірів витрат води в басейні.

Вирішальне значення для підвищення достовірності вихідних даних має правильний вибір режиму проведення спостережень.

Виходячи з того, що розрахунковими для берегового водозабору зазвичай є періоди стаціонарного рівної режиму, а порушення стаціонарності можуть бути пов'язані зі змінним режимом рівнів річки і водовідбору, можна рекомендувати на ділянках берегових водозаборів проведення замірів рівнів води у НС в окремі сезони року, маючи при цьому на увазі, що особливий інтерес становлять матеріали зимових спостережень, коли гідрогеодінаміческая обстановка в районі водозабору зазвичай виявляється менш сприятливою. При цьому спостереження за рівнями води в НС слід проводити циклами в кілька вимірів з первинним аналізом стаціонарності потоку, фіксуючи режим водовідбору в найближчих до наглядової створу нд

В водозабірних свердловинах, віддалених від спостережної створу, заміри динамічних рівнів і дебіту водовідбору слід проводити в особливому режимі з метою визначення мінливості питомої дебіту ПС за <старінні> нд Разом з тим, як правило, недоцільно проводити вивчення нестаціонарного режиму при зупинці і включення роботи водовідбору, оскільки дані такого режиму погано інтерпретуються через суттєвих ускладнень в розрахунковій схемі нестаціонарного процесу.

Режимні спостереження в період паводку дають істотну інформацію про паводковий поповненні запасів грунтових вод, а також дозволяють оцінити зміни параметрів зв'язку грунтових вод з річкою і з напірними водами. У такий період заміри рівнів води в річці і в НС повинні робитися з частотою, що забезпечує безперервність їх змін в часі. Як правило, такі спостереження повинні бути орієнтовані на модельну інтерпретацію даних спостережень, методика якої не рідко вимагає особливого науково-методичного обгрунтування. Перед вимірами нестаціонарного режиму НС слід випробувати шляхом проведення експрес-наливу для оцінки гідродинамічної інерційності НС (див. додаток 1).

Інтерпретація даних гідрогеодінаміческіх спостережень проводиться для визначення геофільтраціонних параметрів шляхом вирішення зворотних задач епігнозного моделювання.

В порівняно простих умовах - при розташуванні лав ЗС у однопластовом потоці вздовж річки (рис. 1) - можуть використовуватися аналітичні рішення, що дозволяють отримати параметри T,