Балансовая структура (источники формирования) ЭЗ подземных вод

Файл : 4165-1.rtf (размер : 626,262 байт)

Балансовая структура (источники формирования) ЭЗ подземных вод

Р.С. Штенгелов

Это - один из важнейших смысловых вопросов при оценке ЭЗ; необходимость его изучения специально оговаривается в нормативно- методических документах. Для чего ?

- Правильное балансовое понимание гидрогеологических условий позволяет избежать логических, формальных ошибок при выборе расчетных формул, схем, при построении расчетных моделей...

- Для обоснованной ориентации разведочных работ на те параметры и процессы, которые имеют основное балансовое значение на конкретном месторождении

- Для расчетов качества подземных вод - нужны долевые составляющие расхода для расчетов химического смешения

- То же - для оценки экологических последствий водоотбора.

Проблема очень непростая, так как чаще всего невозможны прямые полевые измерения; необходимо очень ясное понимание общей гидрогеологической ситуации и балансово-гидродинамических механизмов при естественном и нарушенном режиме фильтрации.

Основные теоретические представления

ДО ЭКСПЛУАТАЦИИ: среднегодовой баланс водоносного горизонта (с осредненными сезонными колебаниями и потому - с некоторым постоянным объемом воды в пласте): объем притока за счет всех видов питания равен объему оттока за счет всех видов разгрузки

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ: водоотбор - новая расходная статья баланса (искусственная разгрузка). Поэтому после включения водозабора начинает формироваться (в полном соответствии с законами систем материального мира) новое равновесное балансовое состояние, т.е. происходят количественные изменения естественных балансовых процессов, стремящиеся компенсировать возникший за счет водоотбора дисбаланс. В совокупности эти изменения таковы:

- уменьшается объем воды в пласте на величину, так как обязательно (по законам гидрогеодинамики) должна образоваться депрессионная воронка;

- может увеличиться суммарный расход питания до величины;

- может уменьшиться суммарный расход разгрузки до величины.

Почему питание увеличивается, а разгрузка уменьшается ?

- Если питание имеет "потенциальный" характер, т.е. происходит под действием разности напоров (перетекание из смежного горизонта, приток из рек), то при эксплуатационном понижении уровней разность напоров может только увеличиваться.

- Если питание имеет инфильтрационный характер, то при понижении свободной поверхности инфильтрация тоже возрастает (до некоторого предела), так как уменьшается испарение.

- Если естественная разгрузка происходит с некоторой разностью напоров на дренирующей границе (разгрузка в русла рек, водоемы, восходящими родниками...), то при эксплуатационном понижении напоров эта разность уменьшается - следовательно, уменьшается и расход разгрузки.

- Если разгрузка происходит путем испарения, то при эксплуатационном понижении свободной поверхности величина испарения всегда уменьшается.

Терминологическое замечание: процесс уменьшения естественной разгрузки при эксплуатации будем называть инверсией; она может быть частичной или полной.

Итак, уравнение баланса водоносного горизонта при работе водозабора приобретает такой принципиальный вид:

или, учитывая, что:

Это основное уравнение баланса эксплуатационного водоотбора.

Его физический смысл: отрицательное (по балансовому знаку) изменение, возникшее в естественной сбалансированной системе, погашается положительными изменениями Эти положительные изменения называются ИСТОЧНИКАМИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЗ и составляют БАЛАНСОВУЮ СТРУКТУРУ эксплуатационного водоотбора (БСЭВ).

Вопрос о долевом соотношении возможных источников формирования ЭЗ в каждом случае очень сложный (от 0 до 100%); для самых простых расчетных схем могут быть применены аналитические решения, для сложных (точнее, реальных) - используется моделирование фильтрации.

Принципиально важно: величина (или само существование) каждой компоненты БСЭВ определяется конкретной гидрогеодинамической ситуацией, т.е. зависит от параметров, граничных условий, времени, схемы и расположения водозабора и др.

Простые балансовые упражнения: водоносный горизонт в виде сосуда

Рис. 1

I. Водоносный горизонт обладает только емкостью;

питания, стока и разгрузки нет (рис. 1)

- Режим при водоотборе будет постоянно нестационарным