Топогеодезические работы

7.6 Топогеодезические работы

Выполняются в необходимом объеме для топографического обеспечения поисково-разведочных гидрогеологических работ. Важнейшей из задач топогеодезических работ является вынесение буровых скважин в натуру и их планово-высотная привязка. Эти работы должны включать нивелировочные ходы, теодолитные ходы. Ввиду отсутствия данных о реперах точный объем работ определить не представляет возможности. Работы выполняются по общепринятой методике [18,19,20,21].

7.7 Отбор проб воды и горных пород

Выполняются с целью получения физико-химических показателей и бактериологического состояния воды и вмещающих горных пород, физико-механические и водно-физических свойств горных пород. Отбор проб воды осуществляется в соответствии с ГОСТ 2874-82. Работы по отбору проб воды и горных пород проводятся в соответствии с общепринятой методикой [7,17].

  7.8 Лабораторные работы

Их задачей является установление: физических, химического свойств, газового и бактериального состава подземных и поверхностных вод, минерального и гранулометрического состава, а также физических и водных свойств пород. Лабораторные работы проводятся по ранее отобранным пробам воды и пробам пород. Объемы лабораторных работ определяются в соответствии с общепринятой методикой [7,17]. Рассмотрены в главе 8.

 
7.9 Гидрологические и гидрометрические работы

 

Задачами гидрогеологических и гидрометрических работ проводимых при гидрогеологической съемке, являются: изучение взаимосвязи подземных и поверхностных вод измерение расходов и выяснение физических свойств и химического состава воды и твердого стока. В результате этих работ устанавливают следующие данные, размер и глубину водотока и водоема, литологический состав и водоносность пород слагающих дно и берега водотока, режим поверхностных вод, расход поверхностных вод на различных участках водотока, разгрузку подземных вод, паводки (их длительность и периодичность) и т.д. Работы выполняются минимум в течение года. Данные работы выполняются по общепринятой методике[15].

  7.10 Изучение режима поверхностных и подземных вод

Режим и баланс подземных вод позволяют дать количественную характеристику процессов формирования подземных вод, выявить основные закономерности пространственно-временного изменения их количества, качества и свойств, и использовать эти закономерности, для обоснования путей для наиболее рационального освоения и охраны подземных вод, состава мероприятий по борьбе с их вредным воздействием и способов управления их режимом. Данные наблюдений за режимом баланса подземных вод обеспечивают высокую достоверность и обоснованность выполняемых инженерных прогнозов, а также значительно повышают экономическую эффективность гидрогеологических исследований. Необходимо изучить поверхностные воды р. Назарбай, как одного из источников формирования ЭЗПВ (режим, качество, уровни, расходы, разгрузку подземных вод, паводки). Изучение режима поверхностного стока следует выполнять как минимум в течение года, при этом режим поверхностных вод должен быть изучен в увязке с режимом подземных вод. Данные работы выполняются по общепринятой методике [17,22].

  7.11 Опытно-миграционные работы

В результате ОМР, определяются параметры миграции, как по водоносному горизонту, так и по зоне аэрации (в связи с возможным загрязнением).

К параметрам миграции относятся следующие показатели:

·  активная пористость;

·  полная пористость;

·  эффективная пористость;

·  сорбционные свойства пород;

·  действительная скорость движения подземных вод.

По ЗА необходимо иметь следующею информацию:

·  литологический состав;

·  мощность;

·  параметры влажности (q_мм,q_е,q_п);

·  коэффициент влагопроницаемости (к_в);

·  глинистость;

·  сорбционные и защитные свойства пород.

ОМР можно проводить в виде лабораторных (отбор проб) или полевых работ. ОМР можно совместить с откачкой. ОМР выполняется по общепринятой методике.[13]

7.12 Обследование действующих водозаборов

Этот вид работ проводится, если вблизи будущего водозабора находится действующий водозабор. Тогда по действующему водозабору собирают всю информацию полезную для будущего водозабора, а именно:

· в каком году построен, сколько эксплуатируется, общий срок эксплуатации, данные о ходе эксплуатации (аварии, неполадки и т.п.)

· суммарный водоотбор, изменения водоотбора в течение времени (Q_S=f(t)), поведение уровней по всем скважинам (наблюдательным, эксплуатационным и режимным) – для уточнения параметров водоотбора

· изменение качества воды во времени, за счет чего были изменения качества

· какие ЗСО предусмотрены, их содержание, наличие санитарных мероприятий, размеры

· влияние водоотбора на различные элементы окружающей среды: на поверхностные воды, на осушение грунтовых вод, на изменение мелиоративного состояния, на развитие ЭГП (суффозия), на физико-механические свойства пород

· технико-экономические показатели этого водозабора

· техногенную обстановку в зоне действующего водозабора

Обследования действующего водозабора выполняются по общепринятой методике.[3,17]

  7.13 Санитарное обследование участка

В основные задачи этого изучения входят оценка возможных очагов и источников загрязнения подземных вод продуктивного горизонта, обоснование ЗСО будущего водозаборного сооружения. Перед этим должны быть выполнены рекогносцировочное обследование территории, прилегающей к площади разведочного участка (см. гл.7.1.). Обследование проводится с представителями местных органов санитарно-эпидемиологической службы, по выбранным профилям в результате рекогносцировки.

7.14 Камеральные работы

 

Являются завершающим этапом гидрогеологической съемки, которая заключается в окончательной обработке материалов. В состав камеральных работ входят: обобщение и анализ собранных материалов, комплексных исследований; подсчет разведанных запасов подземных вод и их категоризация. Осуществляется увязка и обобщение, составляется комплекс необходимых карт и разрезов, а также окончательный отчет по выполненной гидрогеологической съемке. Отчет составляется в соответствии с существующими методическими и инструктивными материалами. Камеральные работы выполняются по общепринятой методике [7,17].

 
8. Методика выполнения отдельных видов проектируемых работ

Ниже детально рассматривается методика проведения некоторых видов проектируемых исследований: опытно-фильтрационные работы (кустовая откачка), комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка и лабораторные работы.

  8.1 Методика проведения опытной кустовой откачки

В понятие методики проведения опытной кустовой откачки входит:

·  выбор вида откачки;

·  местоположение и схема опытного куста;

·  продолжительность откачки;

·  интенсивность и характер возмущения при откачке;

·  контроль проведения опытной кустовой откачки и ее документация;

·  обоснование конструктивных особенностей опытной и наблюдательных скважин.

Выбор вида откачки

О выборе вида откачки уже говорилось в главе 7.5. Предусмотренная опытная кустовая откачка предназначена для решения следующих задач:

· определение гидрогеологических параметров продуктивного пласта (,,,,);

· определение параметров взаимодействия подземных и поверхностных вод (,,);

· определение опытным путем срезок уровней на различные расстояния при эксплуатации скважины с дебитом откачки, об этом дает представление прямая ;

· оценка качества воды продуктивного горизонта и выявление возможных тенденций его изменения.

Местоположение и схема опытного куста

Ввиду определенности расположения будущего водозабора (см.рис) (продольный профиль на расстоянии 100 м. от реки) считаем необходимым разместить специальный куст опытных скважин в центре будущего водозабора как в наиболее нагруженной его части, т.е. в месте пересечения продольного и поперечного профилей. Такое расположение позволит одновременно определить расчетные параметры продуктивного пласта и параметры взаимосвязи подземных и поверхностных вод.

В условиях когда является контуром питания , принимают обычно двулучевую схему опытного куста. Один луч встречный поперечный реке, второй - параллельно реке. Правила нумерации скважин: на поперечном луче нечетные номера, на параллельном – четные.

Существуют определенные рекомендации по размещению наблюдательных скважин куста у реки [1]. В частности, на каждом из лучей целесообразно располагать не менее 2-3 наблюдательных скважин, при этом ближайшая скважина находится вне зоны прискваженных деформаций, т.е. на расстоянии . В нашем случае .

На параллельном луче самая удаленная скважина должна обеспечиваться понижением не менее 0,3 м., при этом . Используя эти рекомендации, наметим предварительную схему расположения скважин опытного куста, которая потом будет уточнена на основе проведения разведочных расчетов, имитирующих откачку.

Начнем обоснование размещения скважин по лучам, начиная с поперечного. Примем ближайшую наблюдательную скважину №1 на расстоянии r₁=20 м, чтобы минимизировать влияние несовершенства центральной скважины. Вторую скважину №3 располагаем на урезе реки, т.е. . Возле скважины №3 в русле реки должна быть расположена мерная рейка, по которой будет измеряться уровень воды в реке. Скважина №5 будет располагаться на другом берегу реки на расстоянии равном и фиксировать реакцию реки на откачку. На расстоянии  предусматривается дополнительная скважина №7 между скважинами №1 и №3. Для обеспечения получения информации о развитии воронки депрессии в сторону коренного берега расположим скважину №9 на обратном луче, на расстоянии .

На параллельном луче размещаем 2 наблюдательные скважины №2 и №4, соответственно, на  и . Для наблюдения за естественным режимом УГВ в процессе откачки будем использовать ближайшую поисково-разведочную скважину №6 находящуюся на расстоянии много больше превышающей радиус влияния , что обеспечивает изучение естественно режима.

Предложенная предварительная схема размещения скважин опытного куста (рис.) является ориентировочной и подлежит уточнению на основе разведочных расчетов.

Разведочные расчеты могут быть произведены для 2-х периодов:

· нестационарной фильтрации;

· стационарной фильтрации, которая наступит через .

Выполним разведочные расчеты для периода квазистационарной фильтрации. Расчеты будут выполняться по формуле напорного потока, т.к. понижение УГВ при откачке вряд ли будут превышать .

Расчетная формула будет иметь вид:

, где , .

Для выполнения разведочных расчетов по имеющейся формуле необходимо задаться дебитом центральной скважины. Ввиду отсутствия сведений о реальных дебитах разведочных скважин примем дебит центральной скважины по ее водозахватной способности:

,

где ,

.

Для опытной скважины принимаем  и , тогда .

В итоге .

Кальматации нет в процессе кратковременной откачки никакого влияния факторов (типа кальматации, коррозии и др.) на скважины не будет. Такой дебит скважин может быть обеспечен насосом типа ЭЦВ, в частности ЭЦВ-12-375-30.

Выполненные расчеты по формуле представлены в таблице.

	0.2	20	30	40	50	60	70	80	90	100
	3.09	1.26	1.09	0.98	0.89	0.82	0.76	0.71	0.66	0.62

Обосновывая схему расположения опытного куста будем ориентироваться на т.н. эталонную откачку, при которой понижение в центральной скважине  должно быть не менее 3-5 м., понижение в самой удаленной скважине должно не менее 0,3-0,5 м.; разница в понижении в соседних наблюдательных скважинах не менее 0,2-0,3 м.

Анализ таблицы показывает, что все требования эталонной откачки соблюдены в нашем случае: , разница понижениями в удаленных скважинах  на лучах

Поэтому приведенную схему следует считать правильной.

Для того, чтобы иметь возможность определения параметров (ГГП) как по формулам стационарной фильтрации так и по квазистационарной, проверим длительность пребывания самой удаленной наблюдательной скважины в условиях квазистационарной фильтрации. Она должна быть не менее 5, где  определяется по формуле:

Для скважины №4  сут, тогда 5, что недостаточно для получения ГГП. Эта скважина будет находится в квазистационарном режиме 7,5 сутр, что не достаточно для построения графика временного прослеживания . Необходимо переместить СКВ. №4 ближе к центру, например, . Тогда , а 5, что вполне достаточно для построения представительного графика временного прослеживания. Т.о. скорректировали предварительно намеченную схему размещения скважин куста, переместив скв. №4 с параллельного луча на расстояние 80 м. Данная схема размещения скважин будет считаться окончательной.

Схема расположения опытного куста приведена на рисунке 8.

Продолжительность откачки

Откачка из куста скважин у реки рекомендуется проводить до стабилизации условия фильтрации. В рассмотренных условиях стабилизация условий наступит через 10 суток (по критерию), чтобы убедиться, что стабилизация не является ложной или кажущейся, откачку следует продлить на 2-3 суток. Таким образом, общая продолжительность откачки составляет 13 суток.

Интенсивность и характер возмущения про откачке (Q)

Интенсивность возмущения была обоснована выше и составляет .

Такой дебит может быть обеспечен электронасосом ЭЦВ, в частности ЭЦВ-12-375-30.

Характер возмущения при откачке – это постоянство дебита, которое должно регулироваться. Допустимое отклонение про дебиту составляет 5-10% от его среднего значения.

Контроль проведения откачки и ее документация

Контроль проведения откачки заключается в ведении журнала установленной формы с регистрацией в нём основных параметров откачки (T,Q,S,t и др.)

В процессе проведения откачки необходимо вести контроль за изменением уровня во всех наблюдательных и опытных скважинах и за дебитом центральной скважины. Частота замера уровня и дебита должна быть больше в начале откачки и постепенно уменьшаться по мере ёё проведения. Ориентировочно принимается следующая частота замеров уровней и дебита: 1е часы откачки – 2-3 замера в час, в середине откачки 4-6 раз в сутки, в конечной части откачки – 1-3 раза в сутки.

В процессе проведения откачки рекомендуемая частота должна быть скорректирована исходя из темпов снижения уровня в скважине. Желательно обеспечить совпадение частоты замеров уровня и дебита, особенно в середине и в конце откачки.

В случае перерыва в откачке по техническим причинам, если в скважине достигнуты понижения порядка 0,3-0,5 м. Необходимо реализовать наблюдения за восстановлением уровня в тех скважинах, в которых понижения достигнуты.

Частота замеров при восстановлении уровня уменьшается по мере восстановления.

По восстановлению УГВ после откачки получают достоверные значения параметров. ввиду меньшего влияния искажающих факторов.

Для качественного контроля откачки, помимо её документации составляются следующие графики:

·  хронологические графики изменения уровня по всем наблюдениям и центральной скважины ;

·  логарифмические графики прослеживания по всем скважинам , , .

Для контроля качества воды процессе проведения откачки предусматриваются отборы проб воды на полный химический и бактериалогический анализ: в начале, в середине и в конце откачки. Отбор проб воды проводится в соответствии с правилами. Пробы воды на бактериалогический анализ отбираются работниками СЭС.

Конструктивные особенности скважин куста

Учитывая, что естественная мощность водоносного горизонта не большая . Опытная скважина (центральная) должна быть совершенной как по степени, так и по характеру вскрытия горизонта. Глубина скважины определяется по формуле:

В соответствии с приложением 6, табл.77. СНиП -2.31 -74 фильтровая часть центральной скважины должна обладать минимальным фильтровым сопротивлением.

Для водоносного горизонта представленного гравийно-галечными отложениями целесообразно использовать трубчатый фильтр с круглой или щелевой перфорацией с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или из штампованного стального листа.

Для трубчатых фильтров т круглой перфорацией диаметр отверстий принимается равным . Диаметр фильтра должен составлять не менее 0,4 м.

Для выбора диаметра колонны используется справочник по бурению [ ]. В соответствии с табл. 5.1. для фильтровой колонны выбираем обсадную трубу с условным диаметром равным 407 мм. наружный диаметр трубы составляет 406,4 мм. при толщине стенок 9 мм., внутренний диаметр фильтровой колонны будет равен 388,4 мм.

Для составления колонны труб длиной 37 м., будут использованы муфты с внешним диаметром равным 432 мм. Для кондуктора выбираем трубы с условным диаметром – 508 мм., толщиной стенок 11мм и с внутренним диаметром 486 мм. Зазор между двумя колоннами труб составляем 51 мм, что вполне достаточно. Затрубное пространство между фильтровой колонной и кондуктором должны быть зацементированы.

Конструкция скважины представлена на рисунке 9.

Что касается конструкции наблюдательных скважин, то следует отметить следующее. При откачке образуется небольшая, по глубине 3-5 м. и достаточно обширная по площади воронка депрессии, т.к. мощность горизонта , а понижение в наблюдательных скважинах варьируется в диапазоне от 1,26-0,62. В этим условиях наблюдательные скважины должны быть несовершенны по степени вскрытия пласта. Глубина вскрытия горизонта наблюдательных скважин принимаем 3-5 м. Диметр наблюдаемых скважин в соответствие с работой (ОФР Шестакова) должен соответствовать типу исследуемого уровнемера. При небольшой глубине залегания УГВ целесообразнее использовать уровнемер типа хлопушка. При использовании хлопушки диаметр наблюдательных скважин примерно равен 50 мм [10]. Все наблюдательные скважины должны быть однотипны по конструкции.

Рис. 9. Конструкция центральной скважины