загрузка...

Понятие о запасах и ресурсах подземных вод


Большое практическое значение подземных вод определяется прежде всего их непосредственным использованием в хозяйстве, поэтому подземные воды можно рассматривать в качестве полезного ископаемого наряду с углем, нефтью, газом, рудами. Подземные воды используют для коммунального, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения.
Виды хозяйственного использования подземных вод в настоящее время определяются главным образом величиной их минерализации, компонентным (химическим) составом и температурой. В соответствии с видом хозяйственного использования все подземные воды подразделяются на пресные (слабоминерализованные), используемые для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения и сельскохозяйственного орошения (питьевые, технические, оросительные); минеральные лечебные воды, применяемые для организации санаторнокурортного лечения или в качестве столовых и лечебных; минеральные промышленные, являющиеся сырьем для получения промышленно ценных компонентов (гидроминеральное сырье); термальные, или теплоэнергетические, используемые в качестве источника получения тепловой энергии.
По аналогии с другими видами полезных ископаемых в гидрогеологии широко используется понятие «месторождение подземных вод».
Месторождение подземных вод - балансово-гидродинамический элемент подземной гидросферы, в пределах которого возможно получение (отбор) подземных вод определенного состава и качества в количестве, достаточном для их экономически целесообразного использования.
В качестве балансово-гидродинамического элемента в этом случае рассматривается любым образом ограниченный элемент подземной гидросферы (см. гл. 4), т.е. границами месторождения в отличие от гидрогеологического района могут являться не только естественные границы того или иного вида, но и условные (расчетные) балансово-гидродинамические границы.
Содержание понятия «месторождение подземных вод» определяется спецификой полезного ископаемого «подземные воды». В соответствии с этим понятием запасы подземных вод (так называемые эксплуатационные запасы, см. об этом далее) определяются не объемом воды, содержащимся в рассматриваемом элементе подземной гидросферы, а тем количеством подземных вод, которое может быть получено при эксплуатации месторождения. В расчете на период эксплуатации запасы подземных вод месторождения в зависимости от его типа могут быть как меньше, так и больше объема воды, содержащегося в данном элементе подземной гидросферы. Это связано с тем, что в отличие от всех других видов полезных ископаемых подземные воды обладают уникальным свойством - возобновляемостью. Характеризуя эту особенность подземных вод, Ф.А. Макаренко и Ф.П. Саваренский сформулировали принципиально важное положение о том, что запасы подземных вод являются неисчерпаемыми в пределах их возобновления. Понятие «воды различного состава и качества» определяется величиной минерализации, составом и концентрацией тех или иных химических компонентов, температурой воды и другими характеристиками, что определяет различные виды воды по условиям их использования.
Принципиально важными также являются понятия «экономическая целесообразность» (A.M. Овчинников) и «техническая рациональность» их использования. Эти очень емкие по своему содержанию понятия определяют тот факт, что в качестве месторождения подземных вод не может рассматриваться любой элемент подземной гидросферы, содержащий подземные воды определенного состава и качества. Подземные воды того или иного состава и качества распространены практически повсеместно и могут встречаться в виде источников, при проходке глубоких скважин и других горных выработок практически в любой точке планеты. Однако в одних случаях состав и качество воды не будет соответствовать имеющейся потребности; в других - количество воды (возможный отбор) будет меньше объемов, необходимых для потребления; в третьих - эксплуатация подземных вод экономически нецелесообразна в связи с современными техническими возможностями извлечения подземных вод или значительной удаленностью возможного участка эксплуатации от потребителя. Во всех случаях такие скопления подземных вод по существующим требованиям не рассматриваются как месторождения.
При оценке и характеристике количеств подземных вод в гидрогеологической литературе используются термины «запасы» и «ресурсы». Иногда они рассматриваются как синонимы, однако это неверно. Термин «ресурсы подземных вод» был введен в 1930-х гг. Ф.П. Саваренским специально, чтобы подчеркнуть уникальные свойства полезного ископаемого «подземные воды» - их возобновляемость. В соответствии с представлениями Ф.П. Саваренского (1934), Б.И. Куделина (1960) и других ученых под термином «запасы» следует понимать количество воды (объем, массу), содержащееся в рассматриваемом элементе гидросферы (водоносный горизонт, участок горизонта, месторождение и т.д.); под термином «ресурсы» - величину их возобновления (восполнения) в естественных условиях или в условиях эксплуатации за определенный период времени (расход).
В соответствии с существующими представлениями (Н.Н. Биндеман, Б.И. Куделин, Л.С. Язвин и др.) запасы и ресурсы подземных вод подразделяются на количественные категории (рис. 30).

Рис. 30. Схема классификации запасов и ресурсов подземных вод


Естественные запасы представляют собой массу (объем) подземных вод, содержащихся в рассматриваемом элементе подземной гидросферы (пласте, участке пласта, системе пластов и др.). В свою очередь они подразделяются на так называемые емкостные запасы, определяемые тем количеством воды, которое извлекается при осушении пласта, и упругие запасы, которые формируются при снижении пьезометрического уровня (пластового давления) напорных подземных вод за счет расширения воды и уплотнения минерального скелета пласта.
Естественные ресурсы (естественно-антропогенные в условиях влияния хозяйственной деятельности), согласно Ф.П. Саваренскому, Б.И. Куделину и другим, представляют собой обеспеченный питанием приток (восполнение) подземных вод рассматриваемого элемента, равный количеству воды, поступающему в него в единицу времени (расход) в естественных условиях за счет инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек и озер, перетекания из выше- и нижележащих горизонтов, притока со смежных участков. Таким образом, они могут быть определены как сумма приходных элементов водного баланса водоносного горизонта (месторождения и др.) в естественных условиях. Наиболее строго естественные ресурсы могут быть охарактеризованы средней за многолетний период (норма) годовой величиной восполнения (возобновления) запасов подземных вод, которая может быть выражена расходом (м3/год), среднегодовым значением модуля восполнения (л/с • км2) и др. Важным является то, что среднемноголетний характер этих величин позволяет выражать их в значениях различной обеспеченности (50, 95% и др.).
Привлекаемые ресурсы определяются увеличением питания подземных вод рассматриваемого элемента в условиях эксплуатации за счет возникновения или усиления фильтрации из рек и озер, перетеканием из смежных горизонтов и др.
Особыми категориями, характерными только для полезного ископаемого «подземная вода», являются искусственные запасы и ресурсы. Под искусственными запасами понимается масса (объем) подземных вод в пласте, сформировавшаяся за счет искусственного обводнения проницаемых (но ненасыщенных) горных пород, так называемое магазинирование подземных вод. Искусственные ресурсы определяются количеством воды (восполнением), поступающим в водоносный горизонт (месторождение и др.) в результате проведения специальных мероприятий по искусственному питанию подземных вод.
Во многих случаях формирование искусственных запасов и ресурсов подземных вод, с одной стороны, связано с проведением специальных технических мероприятий (магазиниро- вание, искусственное питание подземных вод), а с другой - проявляется как побочный эффект в связи с проведением инженерно-хозяйственных мероприятий, не направленных спе

циально на увеличение запасов подземных вод (создание водохранилищ, орошение и др.).
Поскольку в современных условиях формирование дополнительных объемов воды (подъем уровня) или увеличение питания подземных вод может быть связано не только с гидротехническим строительством и орошением, но и с другими видами хозяйственной деятельности (крупное строительство, вырубка леса, распахивание целинных земель и т.д.), терминологически определение искусственных запасов и ресурсов является недостаточно строгим. Вероятно, более правильно в качестве собственно искусственных запасов и ресурсов подземных вод рассматривать только их количества, формирующиеся в результате специальных технических мероприятий по магазинированию и созданию искусственного питания подземных вод. Во всех других случаях правильнее использовать термин «естественно-антропогенные запасы и ресурсы» подземных вод, т.е. формирующиеся в естественных условиях, в той или иной мере нарушенных определенными видами хозяйственной деятельности человека.
Термины «эксплуатационные запасы» и «эксплуатационные ресурсы» часто рассматриваются как синонимы. Эксплуатационные запасы - количество воды (расход, м3/сут), которое может быть получено на месторождении с помощью рационального в технико-экономическом отношении водозаборного сооружения при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям целевого использования в течение расчетного срока водопотребления при условии отсутствия экологически негативных последствий эксплуатации (недопустимый ущерб речному стоку, переосу- шение ландшафтов и др.).
Для водозаборов на пресные воды, используемые для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов и народнохозяйственных объектов, расчетный срок водопотребления составляет обычно 25-50 лет. В отдельных случаях для особо важных объектов этот срок может приниматься неограниченным. Для временных водозаборов сроки устанавливаются в соответствии с проектным заданием. Основным требованием к режиму эксплуатации, при условии сохранения расчетной производительности водозабора и качества отбираемых вод, является ограничение величины понижения уровня подземных вод при эксплуатации значением так называемого допустимого (расчетного) понижения уровня. При эксплуатации безнапорных водоносных горизонтов со свободной поверхностью величина допустимого при эксплуатации понижения уровня, как правило, принимается не более 0,7 мощности водоносного горизонта. При эксплуатации напорных водоносных горизонтов величина допустимого понижения принимается обычно равной высоте столба воды над кровлей водоносного пласта с учетом возможностей технических средств, которые будут использоваться при эксплуатации. Качество воды в течение всего срока эксплуатации должно соответствовать ГОСТу или принятому нормативу.
Термин «эксплуатационные ресурсы» используется главным образом при оценке и характеристике прогнозных региональных запасов подземных вод. Наиболее целесообразно под термином «эксплуатационные ресурсы» понимать величину возобновления (восполнения, питания) запасов подземных вод месторождения в условиях эксплуатации. Тем самым эксплуатационные ресурсы подземных вод будут характеризовать сумму приходных статей водного баланса месторождения (суммарно естественные, привлекаемые и искусственные ресурсы) в условиях его эксплуатации. Тогда каждое месторождение подземных вод может быть охарактеризовано двумя величинами: эксплуатационными запасами, представляющими собой производительность конкретного водозабора в расчете на весь срок эксплуатации, и эксплуатационными ресурсами, характеризующими (суммарно) восполнение запасов подземных вод месторождения в условиях его эксплуатации (м3/сут, м3/год и др.).
Несомненно, что при решении вопросов использования подземных вод для конкретных нужд основное значение имеет оценка эксплуатационных запасов подземных вод. Только величина эксплуатационных запасов позволяет судить о возможности и целесообразности использования подземных вод (Гидрогеология СССР. Т. 3. 1971). Однако неверно считать, что оценка других категорий запасов и ресурсов представляет только определенный интерес для оценки отдельных источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод и для количественной характеристики водоносных горизонтов и структур в естественных условиях. При современных масштабах эксплуатации подземных вод оценка балансовой структуры эксплуатационных запасов месторождения является необходимой, во-первых, для правильного обоснования методики разведки месторождения и составления фильтрационных расчетных схем, во-вторых, для прогноза изменения качества

подземных вод при эксплуатации, поскольку различные источники восполнения запасов могут характеризоваться различным качественным составом, в-третьих, в связи с необходимостью оценки экологических последствий эксплуатации месторождения подземных вод за счет ее влияния на условия формирования и структуру водного баланса района.
В общем виде эксплуатационные запасы Q3 месторождения подземных вод связаны с другими категориями запасов и ресурсов следующим балансовым уравнением:
(13.1)
где Q3 - естественные запасы (емкостные или упругие); At - срок эксплуатации; Qg - естественные ресурсы; Qп - привлекаемые ресурсы; Qи - искусственные ресурсы; а12              - так назы
ваемые коэффициенты использования.
Анализ приведенного балансового уравнения показывает, что при отсутствии возобновленияэксплуатацион
ные запасы подземных вод месторождения всегда являются конечными, так как величина, характеризующая естественные запасы (Q^, стремится к 0 приИ наоборот, при их на
личии, в соответствии с определением Ф.П. Саваренского, запасы подземных вод являются неисчерпаемыми в пределах их возобновления. Коэффициенты использования (а12 ) являются весьма спорными и трудно определяемыми величинами. В связи с этим более удобным представляется балансовое («дельта-баланс») уравнение эксплуатационного водоотбора (Р.С. Штенгелов):

где - используемая величина естественных запасов; - изменение расхода дренирования потока (суммарно по всем видам естественной разгрузки) в области влияния водоотбора;
- изменение величины питания подземных вод (суммарно по всем видам восполнения) в той же области.
Приведенное уравнение наглядно показывает, что величина эксплуатационного водоотбора должна компенсироваться равными по количеству и противоположными по знаку изменениями (суммарно) других элементов баланса подземных вод месторождения.

Соотношение различных категорий запасов и ресурсов подземных вод и их роль в формировании основной категории «эксплуатационные запасы» характеризуются в настоящее время понятием «балансовая структура» (источники формирования) эксплуатационных запасов подземных вод (Штенге- лов, 1988; др.).
Вид балансовой структуры запасов определяется главным образом типом месторождения подземных вод и условиями связи эксплуатируемого водоносного горизонта с участками инфильтрационного питания, поверхностными водами и смежными (непосредственно неэксплуатируемыми) водоносными горизонтами. Кроме того, для многих типов месторождений подземных вод балансовая структура эксплуатационных запасов (водоотбора) существенно изменяется в процессе эксплуатации, что определяет значительные сложности ее прогноза на весь срок работы водозаборов. 
<< | >>
Источник: Ю.А. Гледко. Гидрогеология. 2012

Еще по теме Понятие о запасах и ресурсах подземных вод:

  1. § 4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  2. § 5. ИСТОЧНИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  3. § 8. ОСАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  4. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  5. 88. ПОНЯТИЕ И СОСТАВ ЗЕМЕЛЬ ЗАПАСА. ОСОБЕННОСТИ ПРАВОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЗЕМЕЛЬ ЗАПАСА
  6. Управление информационными запасами и ресурсами
  7. 3.1. Понятие «природных ресурсов». Основные виды ресурсов
  8. Локализация информационных запасов и ресурсов. Документирование
  9. Информационные запасы и информационные ресурсы
  10. 84. ПОНЯТИЕ И СОСТАВ ВОДНОГО ФОНДА. ПРАВОВОЙ РЕЖИМ ВОД И ЗЕМЕЛЬ ВОДНОГО ФОНДА