Материал: Обеспечение хозяйственно-питьевого водоснабжения города Великий Новгород

Батецкий участок выбран на основании данных о высокой водообильности пород саргаевско - семилукского и арукюласко - аматского водоносных горизонтов в долине р. Луги. Для подтверждения правильности выбора, была выполнена прогнозная оценка эксплуатационных запасов обоих горизонтов, позволявшая надеяться на получение положительного результата. Удаленность участка от границы пресных и солоноватых вод исключала процесс подтягивания солоноватых вод к водозабору при эксплуатации.

Полевые работы проводятся в две стадии - поисковую и оценочную.

.4 Буровые работы

На поисковой стадии на Батецком участке запланировано бурение 13 поисковых скважин (№№ 1, 5, 7, 9 - 13, 15, 16, 18 - 20) глубиной 80 м.

Задача поисковых скважин глубиной 80 м - изучение саргаевско -семилукского и верхней части (интервал 40 -80 м) арукюласко - аматского горизонта.

1.4.1 Опытно-фильтрационные работы - одиночные откачки

Саргаевско-семилукский водоносный горизонт будет вскрыт полностью. Фильтрационные свойства известняков саргаевско-семилукского горизонта будут изучаться с помощью одиночных откачек из всех поисковых скважин глубиной 80 м.

Откачки проводятся из открытого ствола по мере вскрытия водоносного горизонта на полную мощность. Четвертичные отложения предварительно перекрываются трубами 219 мм. Перед проведением откачки ствол скважины промывается водой через буровой снаряд и прокачивался эрлифтом в течение 1бр/см.

Откачки проводятся эрлифтом с одним понижением уровня воды. Продолжительность откачек 1 - 3 бр/см. В конце каждой откачки отбираются пробы воды на полный химический, радиологический и бактериологический анализы. После откачек наблюдается восстановление уровня.

Арукюласко-аматский водоносный горизонт вскрывается до проектной глубины.Изучение фильтрационных свойств пород арукюласко - аматского водоносного горизонта проводится с помощью одиночных откачек из скважин глубиной 80 м. Откачки выполняются эрлифтом.

.4.2 Геофизические работы

Геофизические работы на Батецком участке проводятся для:

уточнения геологического разреза по площади;

выделения и прослеживания зон повышенной трещиноватости и закарстованности известняков саргаевско-семилукского водоносного горизонта;

установления границы пресных и солоноватых вод в разрезе арукюласко-аматского водоносного горизонта и определения закономерности изменения минерализации с глубиной и по площади участка.

Поставленные задачи решаются с помощью метода вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и электрокаротажа (КС). Применение этих методов основано на различии удельных электрических сопротивлений (УЭС) пород, в частности, четвертичных отложений и карбонатных пород саргаевско - семилукского горизонта. В качестве регистрирующего прибора применяется аппаратура АЭ-72 № 373.

В состав комплексного каротажа входят: радиоактивный каротаж (ГК), электрометрия (КС), резистивиметрия. Комплексный каротаж выполняется во всех поисковых скважинах.

.4.3 Топографо-геодезические работы

Задачей топографо-геодезических работ является плановая и высотная привязка скважин. Плановая привязка скважин проводится посредством спутниковых определений геодезических координат приемником GPS в статическом режиме.

.4.4 Подсчет запасов подземных вод

При подсчете эксплуатационных запасов принимается:

расчетный срок эксплуатации месторождения - 10000 суток;

режим работы - круглосуточный.

Оценка эксплуатационных запасов арукюласко - аматского водоносного горизонта проводится гидродинамическим методом по формуле неустановившегося движения.

Расчет сводится к определению понижения уровня в скважинах к концу амортизационного (расчетного) срока работы водозабора с учетом взаимодействия всех водозаборных скважин.

На начальном этапе эксплуатации водозабор будет работать в условиях напорного режима, затем, по мере сработки напора, - в напорно - безнапорном режиме. Поскольку допустимое понижение уровня к концу срока эксплуатации будет меньше половины мощности горизонта (интервала), расчет величины понижения проводится по формулам для напорных вод.

Величина понижения определяется по формуле:

 [Qсум. х Rn - (Qlnro + Q1lnr1 + Q2lnr2 + … + Qnlnrn)],       (1.1)

где km - cредняя величина коэффициента водопроводимости, 891, 52 м2/сут; Qсум. - расчетный дебит водозабора, равный величине водопотребности г. Великого Новгорода, 95000 м3/сут; Q - дебит скважины, для которой рассчитывается понижение уровня воды, 5590 м3/сут; Q1, Q2, Qn - дебиты скважин, вызывающих срезку и находящихся на расстоянии r1,r2, rn от скважины, в которой определяется понижение, 5590 м3/сут; Rn - радиус влияния водозабора, м; а - средняя величина коэффициента пьезопроводности, 1,45х 106 м2/сут; t - время работы водозабора, 104 сут; r1,r2rn - расстояние скважин водозабора от скважины, для которой определяется величина понижения, м; ro - радиус водозаборных скважин принимается равным радиусу центральной скважины при кустовой откачке - 0,23 м.

= . (1.2)

Расчет величины понижения приводится для скважины, находящейся в «худших условиях» при эксплуатации - в центре водозабора и для крайних скважин.

Подставляя исходные значения в формулу 1.1, определим расчетное понижение для скважины, расположенной в центре водозабора:

= [95000 ln 180624 - 5590 (ln 0.23 + 2 ln 1000+ 2 ln 2000 + 2 3000 + 2 ln 4000+ 2 ln 5000 + 2 ln 6000 + 2 ln 7000 + 2 ln 8000)] =

[95000х12,1 - 5590 (-1,47+2х6,9

+2х7,6+2х8,0+2х8,29+2х8,52+2х8,7+2х8,85+2х8,99) ] = [1149500

5590 х 130,23] = 0.0001786 (1149500 - 727986) = 75,3 м.

Понижение в крайних скважинах водозабора составит:

=[1149500 - 5590 (ln 0,23 + ln 1000 + ln 2000 + ln 3000 + ln 4000 + ln 5000 + ln 6000 + ln 7000 + ln 8000 + ln 9000 + ln 10000 + ln 11000 + ln 12000 + ln 13000 + ln 14000 + ln 15000 + ln 16000)] = 0,0001786 [(1149500 - 5590 (-1,47 + 6,9 + 7,6 + 8,0 + 8,29 + 8,52 + 8,7 + 8,85 + 8,99 + 9,1 + 9,21 + 9,3 + 9,39 + 9,47 + 9,55 + 9,61 + 9,68)] = 0,0001786 (1149500 - 5590·139,69) = 65,84 м.

Расчетные понижения меньше допустимого (78,2 м), что свидетельствует о возможности обеспечения заявленной водопотребности города полностью за счет подземных вод арукюласко - аматского водоносного горизонта.

Динамический уровень в горизонте к концу амортизационного срока будет располагаться в центре водозабора на глубине ~ 72 - 73 м (абсолютная отметка минус 25 - 28 м), в крайних скважинах на глубине ~ 62 - 65 м (абсолютная отметка минус 18 - 20 м).

.4.5 Результаты подсчета эксплуатационных запасов подземных вод и категоризация запасов

Рассматриваемое месторождение по степени сложности гидрогеологических условий относится ко 2 группе (сложные гидрохимические условия).

Проведенные расчеты гидродинамическим методом подтверждают возможность обеспечения заявленной водопотребности города за счет подземных вод арукюласко - аматского водоносного горизонта.

Подсчитанные эксплуатационные запасы в течение всего периода работы водозабора будут обеспечиваться естественными (упругими и емкостными) запасами горизонта.

По условиям геолого-гидрогеологической изученности эксплуатационные запасы оцениваются по категории С1:

изучены условия залегания водоносного горизонта, мощность, литологический состав пород;

запасы подсчитаны применительно к условной расчетной схеме водозабора в соответствии с заявленной водопотребностью;

проектные дебиты скважин и гидрогеологические параметры горизонта обоснованы опытно - фильтрационными работами;

источники формирования эксплуатационных запасов изучены приближенно в степени, позволяющей оценить обеспеченность водоотбора применительно к принятой условной схеме водозабора;

химический состав подземных вод изучен в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01. Проведено поинтервальное гидрохимическое опробование горизонта, выполнено санитарно - экологическое обследование участка. Подтверждена сложная гидрохимическая обстановка на разведанном месторождении. Дан расчетным путем прогноз изменения качества подземных вод к концу срока эксплуатации водозабора. Рассчитаны зоны санитарной охраны.

Ожидаемые результаты:

уточнено геологическое строение и гидрогеологические условия района работ;

обоснован и выбран участок, перспективный для постановки поисково-оценочных работ;

изучено качество подземных вод и гидрогеологических параметров перспективных водоносных горизонтов;

произведена оценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод в количестве удовлетворяющем потребность в 95 тыс. м3/сут по категории С1.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Анализ ранее выполненных работ

Основными источниками сведений о геологическом строении и гидрогеологических условиях территории являются геолого-съемочные работы масштабов 1:200000 и 1:50000, разведочно-эксплуатационные на воду скважины, данные мониторинга подземных вод, региональные работы.

С 1959-1960 гг. ро 1982 г. выполнялись комплексные гидрогеологические и инженерно-геологические съемки масштаба 1:50 000 для мелиоративного строительства в бассейнах рек Луга и Плюсса и в междуречьи рек Луга и Шелонь. В результате этих работ получена детальная гидрогеологическая характеристика верхней части разреза, включающей в себя четвертичные и дочетвертичные водоносные горизонты, изучены инженерно-геологические свойства пород [20, 23].

В кадастрах подземных вод СССР, вышедших в 1975 и 1989 годах, сведены данные по скважинам как геолого-съемочных, так и поисково-разведочных работ и эксплуатационных на воду скважин, пробуренных на территории Новгородской области.

В 1995 г. проведено обследование и инвентаризация эксплуатационных и бесхозных скважин на воду на территории Батецкого и Новгородского районов Новгородской области [14, 16].

В 1999 г. по заказу Северо-Западного регионального геологического центра МПР РФ была выпущена книга «Геология и полезные ископаемые Новгородской области» Авторы: И.И.Киселев, В.В.Саванин и др. [7], в которой в доступной форме изложены представления о геологическом строении территории, подземных водах, перспективах новых открытий месторождений.

В 2001 г. специалистами ГП ПКГЭ составлена гидрогеологическая карта основных водоносных горизонтов Новгородской области в масштабе 1:500000. Карта выполнена по геолого-гидродинамическому принципу, где приоритетом в выделении горизонтов являются тип коллектора и характер циркуляции подземных вод [12].

В настоящее время ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» ведет мониторинг состояния недр на территории Новгородской области. Ежегодные выпускаемые Информационные бюллетени включают изучение уровневого режима и качества подземных вод, а также состояние ресурсов.

.2 Геолого-технические и гидрогеологические условия бурения

С учетом материалов геолого-методической части проекта и собранных в период производственной практики данных определяются основные физико-механические и гидрогеологические свойства горных пород. Геологотехнические и гидрогеологические условия бурения представлены в табл.2.2.

Объединенный показатель по буримости  рассчитывается по формуле:

, (2.1)

где коэффициент динамической прочности, а коэффициент абразивности.

Для глин с тонкими прослойками песчаника:

Для глин плотных:

Для слабосцементированного песчаника:

Для остальных горных пород, представленных в разрезе определить и  по методу К.И. Сыскова и М.М. Протодьяконова (метод толчения) не представляется возможным, поскольку породы сыпучие и рыхлые.

Таблица 2.2

Геологотехнические и гидрогеологические условия бурения

.3 Обоснование и выбор способа бурения

На поисковой стадии на Батецком участке запланировано бурение 13 поисковых скважин (№№ 1, 5, 7, 9 - 13, 15, 16, 18 - 20) глубиной 80 м.

Задача поисковых скважин глубиной 80 м - изучение саргаевско -семилукского и верхней части (интервал 40 -80 м) арукюласко - аматского горизонта.

2.4 Разработка конструкции скважины

.4.1 Выбор типа и конструкции фильтра

Основное назначение фильтра - пропуск воды из водоносного горизонта внутрь скважины и предохранение ее водной части от завалов в результате оплывания и обрушения пород.

Ко всем фильтрам водозаборных скважин предъявляются следующие основные требования:

обеспечение проектного поступления воды в скважину при минимально возможных гидравлических сопротивлениях на весь расчетный период эксплуатации (не менее 25 лет);

достаточная механическая и химическая прочность, включая периоды периодического импульсивного воздействия для разрушения кольматирующих отложений и регенерации водоприемной поверхности химическими реагентами;

предотвращение попадания в эксплуатационную колонну частиц водосодержащей породы (продуктов солевых отложений и коррозии);

удовлетворение санитарно-гигиеническим нормам для питьевого водоснабжения;

ремонтопригодность и экономичность.

Фильтр обычно состоит из рабочей части (перфорированная труба с сеткой или без нее), отстойника, в котором при откачке оседают частицы песка, и надфильтровой (вспомогательной) части, расположенной выше рабочей. Длина отстойника 2 - 4 метра (для мелкозернистых порд длина отстойника увеличивается максимум до 10 м). Перед спуском фильтровой колонны в нижнюю часть отстойника забивают деревянную пробку или заваривают дно, чтобы предупредить возможность зпоподания песка в скважину при откачках воды.

В соответствии с гидрогеологическими условиями бурения выбирается фильтр с гравийной обсыпкой. Фильтр состоит из рабочей части (перфорированных обсадных труб, обтянутых сеткой галунного плетения из нержавеющей стали), надфильтровой (вспомогательной), части и отстойника, куда оседают частицы песка при откачке. Длина отстойника составляет 6 м. Поскольку водоносные породы представлены мелкозернистыми слабосцементированными песчаниками, каркас фильтра предусматривается обтягивать сеткой. С учетом размера частиц выбирается сетка галунного плетения номер 16/100, размер ячейки 0,23 мм, диаметр проволоки 0,5 мм [5]. Скважность фильтра составляет 30 %. Перед натягиванием сетки на каркас фильтра по спирали наматывается проволока диаметром 3 мм.

Определение наружного диаметра фильтра центральной (разведочной) скважины:

 (2.2)

где Q- дебит скважины, 5500 м3/сут, lp =40 м- длина рабочей части фильтра, - допустимая скорость фильтрации, м/сут.

,  (2.3)