ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ РАЗВЕДКИ

Наиболее важным балансово-гидрогеодинамическим признаком приречных МПВ является взаимодействие депрессионной воронки с рекой.
С балансовой точки зрения это означает активное участие ЕР в формировании баланса ЭЗ (инверсия естественной разгрузки) и возможное возникновение ПР в виде фильтрации из реки.
С гидрогеодинамической точки зрения: достаточно быстро устанавливается стационарный режим понижений.
С точки зрения методики разведки: кроме проводимости продуктивного горизонта (всегда важный параметр, линейно влияющий на величины понижений), чрезвычайно ответственными являются параметры взаимодействия основного водоносного горизонта с рекой ( ). Этими параметрами определяется выбор места расположения водозаборного участка - max T, min f₀, opt L₀.
Отсюда - важнейшие задачи поисково-разведочных работ:

- Изучение генетических закономерностей распределения проводимости основного горизонта Т, поиск участков с T_max, опробование для оценки расчетных значений и построения карты Т
- Изучение генетических закономерностей изменчивости фильтрационного сопротивления подрусловых экранов, поиск участков рек с минимальными f₀, их опробование для оценки расчетных значений.

При проектировании опытно-фильтрационных опробований нужно учитывать особенности интерпретации откачек у реки, известные студентам из курса "Гидрогеодинамика":

- в схеме куста особого внимания требует нормированное расположение наблюдательных скважин относительно центральной и уреза реки (включая и "заречный" пьезометр для относительно узких рек), что существенно повышает достоверность и однозначность интерпретации;
- длительность опытов должна быть достаточной для уверенного заключения об истинной стабилизации понижений;
- выбор периода проведения откачек должен гарантировать устойчивый гидрологический режим на протяжении опытов; в любом случае в систему наблюдений должен входить уровенный пост на реке. При проектировании длительных откачек, когда избежать значимых колебаний уровня реки проблематично, в составе наблюдений следует предусматривать "независимую" скважину вне зоны влияния откачки, что позволяет при необходимости ввести поправки на основе корреляционных связей, установленных при совместных наблюдениях (до и после опыта) в скважинах куста и в "независимой" скважине.

Изучение условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод чрезвычайно важно с точки зрения оптимального выбора местоположения водозаборного участка (участков) и общей достоверности всех прогнозных расчетов. Особенно это важно для малых рек, играющих роль внутренних границ и весьма чувствительных (в силу малой водности) к воздействию длительного эксплуатационного водоотбора. Следует стремиться к возможно более широкому комплексированию разнообразных прямых и косвенных методов, начиная с маршрутных гидрогеологических и гидрографических наблюдений. К числу таких методов относятся (кроме вышеназванных опытно-фильтрационных опробований):

• Единовременная меженная гидрометрическая съемка в зоне месторождения с целью характеристики неоднородности естественной русловой разгрузки в реки. Важным количественным показателем является линейный модуль разгрузки(расход двусторонней русловой разгрузки на единицу длины водотока):

,

где - приращение расхода реки на участке длиной .
Величину линейного модуля разгрузки можно использовать для ориентировочной оценки обобщенного сопротивления подрусловых отложений на данном участке реки. Полагая, что русловая разгрузка с обоих берегов имеет симметричный характер (рис. 7.9), можно записать, используя ранее введенные обозначения:

,

где через обозначено "линейное" (на единицу длины русла при его ширине ) фильтрационное сопротивление подруслового экрана:

[ ] .

Соответственно [сут].
Очевидно, что такие оценки применимы лишь на малых реках, где абсолютные и относительные величины превышают реальные погрешности гидрометрических работ.

Рис. 7.9.

• Русловые гидрогеофизические работы (профилирование), включающие:

а) измерение потенциалов естественного электрического поля донных отложений и выявление их положительных и отрицательных аномалий, отвечающих (соответственно) более интенсивной разгрузке подземных вод или поглощению речных,
б) резистивиметрию речной воды (в придонном слое), реагирующую на изменения удельного электрического сопротивления воды на участках интенсивной русловой разгрузки подземных вод,
в) термометрию донных отложений и речной воды, фиксирующую температурные аномалии на участках дна водотока, где происходит более интенсивная разгрузка подземных вод
(напомнить, что студенты знакомились с таким комплексом русловой геофизики на Звенигородской учебной практике).

• Режимные наблюдения для оценки параметра сопротивления ложа водотока - как по стационарным состояниям потока в период устойчивой межени, так и по периодам активного нестационарного режима в половодье и при продолжительных паводках (гидродинамическое обоснование этих методов и условия их применения и выбора представительных периодов для оценок известны студентам из курсов "Гидрогеодинамика" и "Геогидрология").

Еще одной важнейшей задачей поисково-разведочных работ является оценка расчетных величинподземного и поверхностного стока, гарантирующих (с высокой вероятностью превышения) балансовую обеспеченность водоотбора даже в критические периоды водности. По нормативным требованиям надежности водоподачи для хозяйственно-питьевых водозаборов, обслуживающих относительно крупные городские поселения, в качестве критического периода рассматривается календарный месяц или произвольный 30-суточный период минимального (в данной климатической зоне) стока, а расчетная величина стока за этот период должна быть приведена к вероятности превышения (обеспеченности) 85-95%, т.е. в 85-95 случаях из 100 реальная величина стока будет выше принятой расчетной.
Общая идея и техника выполнения операций приводки студентам известна из курса "Статистическая обработка гидрогеологических данных". Напомним лишь коротко, что гидрометеорологические процессы в силу их многофакторности являются случайными и для их анализа применяются вероятностно-статистические подходы. За относительно кратковременный период разведки (несколько лет даже для наиболее крупных месторождений) не может быть получен представительный ряд многолетних режимных стоковых наблюдений, поэтому обычно используют приемы корреляции между наблюдаемыми разведочными створами на месторождении (короткие ряды) и длинными рядами наблюдений на стационарных створах Гидрометслужбы на той же реке или на ближайших реках. Проблема заключается в обосновании гидролого-гидрогеологической аналогии соответствующих водосборных бассейнов. Для этой работы, как правило, привлекают специалистов-гидрологов.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД в ИЗОЛИРОВАННЫХ ПЛАСТАХ
и в ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМАХ

Наиболее наглядно их можно охарактеризовать на примере водоносных систем крупных артезианских бассейнов платформенного типа. Здесь используются преимущественно межпластовые водоносные горизонты (грунтовые воды часто подвержены существенному загрязнению, а малая мощность и невысокие фильтрационные свойства водовмещающих отложений затрудняют создание сколько-нибудь крупных централизованных водозаборов).
Месторождения локализуются в пределах мощности зоны пресных вод (зоны интенсивного водообмена) - обычно в пределах 100-300 м; однако, бывает 500-700 м, а в отдельных случаях до 1000 м и более. В Подмосковье (юго-западная часть Московского артезианского бассейна) мощность зоны пресных вод не превышает 50-200 м; в этот интервал глубин попадает обычно 1-2 межпластовых горизонта из разреза каменноугольных и пермских карбонатных отложений.
Основные характеристические особенности гидрогеологических условий формирования эксплуатационных запасов:

- выраженное пластовое строение водоносной системы, т.е. чередование в разрезепроницаемых (водоносных) и слабопроницаемых (разделяющих) пластов,
- региональное распространение пластов, относительная устойчивость их мощности и литолого-фациальных характеристик (в основном, морские условия седиментации),
- определяющая роль процессов перетекания как в естественных условиях (вспомним схему Мятиева-Гиринского - формирование подземного стока в пластовых разрезах), так и (тем более!) при эксплуатации водозаборов - за счет искусственно создаваемых вертикальных градиентов напора между водоносными пластами.

Однако, роль процессов перетекания существенно различна в пределах артезианской структуры - как в плане, так и по глубине. В региональном гидрогеодинамическом плане в артезианском бассейне можно выделить:

а) краевая зона, для которой характерно неглубокое залегание продуктивных горизонтов; проницаемость разделяющих слоев относительно высока из-за слабой консолидированности, опесчаненности (мелководные, прибрежные условия седиментации) и воздействия современных и древних экзогенных процессов при небольших глубинах залегания; достаточно тесная связь с гидрометеорологическими факторами,
б) внутренняя зона, характеризующаяся уже достаточно глубоким погружением водоносных горизонтов; ей свойственны значительная мощность и высокая степень консолидации водоносных и слабопроницаемых слоев, постепенное затруднение водообмена; возникают проблемы с химическим составом подземных вод (вертикальная гидрогеохимическая зональность).

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СХЕМ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМАХ АРТЕЗИАНСКИХ БАССЕЙНОВ

РЕЖИМ ФИЛЬТРАЦИИ ВО ВРЕМЕНИ- в общем случае, нестационарный, так как перетекание между слоями - длительно развивающийся процесс. Принципиально возможно существование (в течение реального расчетного срока эксплуатации) самых разнообразных случаев: от существенного нестационара до длительного ложностационарного или истинно стационарного режима.
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ПОТОКАтакже зависит от степени проявления перетекания. Во "внутренней" зоне взаимодействие горизонтов практически малозначимо, поэтому допустимо применение плановой или даже одномерной (радиальной) расчетной структуры течения к водозабору. В "краевой" зоне нужно учитывать притоки из смежных горизонтов, поэтому в общем случае здесь следует применять трехмерную структуру, но при выполнении предпосылок перетекания ( ) возможно использование плоско-пространственной структуры течения: плановое, двумерное течение в водоносных горизонтах и одномерное, линейное течение в разделяющих слоях (по нормали к напластованию). Использование плоско-пространственной расчетной структуры существенно облегчает ситуацию: становятся возможными аналитические расчеты, да и моделирование заметно проще, чем для "истинно" трехмерных моделей.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ - в силу литолого-фациальной устойчивости осадочных платформенных толщ часто можно применять схемы однородных (квазиоднородных) пластов. Однако, области депрессии от водозаборов обычно очень большие (упругая водоотдача, большие радиусы влияния), поэтому все же следует быть готовым к проявлению более или менее значительной неоднородности по все параметрам.
Какие параметры работают? Проводимость и водоотдача всех взаимодействующих горизонтов (параметры разделяющих слоев, пожалуй, правильнее относить к описанию граничных условий).
ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ - в плане водоносную систему для расчетов чаще всего можно считать (временно) неограниченной (хотя в частных случаях это вовсе не факт). Основное значение имеют граничные условия в разрезе; здесь возможны два принципиально разных варианта:

а)изолированныйпласт
б)взаимодействующиепласты(перетекание через кровлю и/или подошву основного пласта).