Методика разведки и оценки запасов подземных вод Нижнебзыбского МППВ (для водоснабжения г.г.Гагра и Пицунда – Республика Абхазия) с учетом опыта разведки и эксплуатации месторождений в речных долинах Черноморского побережья

Автор: Боревский Б.В., Сычева Л.Б., Шуваткин К.Н.

В статье рассмотрены гидрогеологические особенности формирования запасов подземных вод месторождений речных долин Черноморского побережья, к которым относится Нижнебзыбское месторождение; обоснована методика его разведки и оценки запасов на основе опыта разведки и эксплуатации месторождений-аналогов и, в первую очередь, в долине р.Мзымта; приведены результаты выполненной оценки запасов Нижнебзыбского МППВ (для водоснабжения г.г.Гагра и Пицунда – Республика Абхазия).

Ключевые слова: речные долины, формирование запасов подземных вод, месторождения-аналоги, Нижнебзыбское МППВ.

Нижнебзыбское месторождение подземных вод (рис.1), приуроченное к низовьям долины р.Бзыбь, является типичным месторождением подземных вод речных долин Черноморского побережья. По типизации Л.С.Язвина и Б.В.Боревского относится к подтипу I-Б, т.е к месторождениям в речных долинах горных рек, что определяет ряд их особенностей:

- чередование участков разгрузки и поглощения речного стока по длине долин;

- высокая динамичность изменчивости поверхностного стока внутри года, наличие продолжительного меженного периода, в течение которого поверхностный сток может cущественно уменьшаться (в зависимости от площади и высоты водосбора);

- работа водозаборных сооружений во внутригодовом разрезе происходит в режиме "сработка–восполнение" при эксплуатации водозаборов вследствие эксплуатационной кольматации подрусловых отложений;

- возможное изменение условий питания подземных вод на участках с высокой степенью их гидравлической связи с поверхностными водами в естественных условиях за счет эксплуатационной кольматации русловых отложений:

- зависимость параметров, определяющих пропускную способность русла реки, от величины стока и удельной эксплуатационной нагрузки;

- слабая защищённость подземных вод от потенциальных загрязнений, в связи с чем, участки жилой и хозяйственной застройки не могут рассматриваться как перспективные без проектирования специальной водоподготовки.

Основными факторами, определяющими условия формирования запасов в долинах рек, являются:

- мощность, литологический состав и фильтрационные свойства водовмещающих пород, их изменения в плане и разрезе, особенно на участках между водозаборным рядом и рекой;

- характер водоносности пород, перекрывающих или подстилающих водоносный горизонт;

- условия взаимосвязи поверхностных и подземных вод, характер кольматации русловых отложений (состав, мощность заиленного слоя, их пространственно-временные изменения);

- геометрические параметры русел в характерных сечениях и их изменения при изменении режима стока;

- режим уровней и расходов рек во внутригодовом и многолетних циклах, продолжительность периодов паводков и сокращение величины стока;

- руслообразующая деятельность (деформации и размыв дна и берегов) под влиянием естественных природных и антропогенных факторов.

Перечисленные факторы характерны для Нижнебзыбского МППВ.

Переуглубленная часть долины р.Бзыбь была выявлена еще в середине 70-х годов ХХ века при проведении гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштаба 1:10 000 (Балабанов И.П.). Ее контуры и глубины были уточнены в результате выполненных ЗАО «ГИДЭК» наземных геофизических работ в декабре 2010 г. - январе 2011 г. Переуглубления долины р.Бзыбь связаны с периодом формирования ее палеодолины, в котором важную роль играли: уровень и трансгрессии Черного моря, а также последующие тектонические процессы.

Нижнебзыбское МППВ приурочено к голоценовым аллювиальным отложениям, выполняющим переуглубление долины р.Бзыбь, границы которого совпадают с контурами распространения пойменной и первой надпойменных террас. Коренные склоны долины, включая ее переуглубленную часть и подстилающие отложения, сложены слабоводоносными породами палеоген-миоцена. В плане аллювиальный водоносный горизонт имеет вид трапеции.

Водовмещающие породы аллювиального водоносного горизонта - валунно-галечные отложения с подчиненными прослоями гравийно-галечных и песчано-гравийных пород. Тип заполнителя - гравийно-песчаный (до 30-60 %), с содержанием глинистых частиц обычно менее 2% (от веса породы), что характеризует хорошую водопроницаемость аллювиальных отложений и их сравнительно высокий коэффициент водоотдачи.

Подземные воды аллювиальных отложений долины р.Бзыбь формируют грунтовый поток, направленный в сторону моря. Глубина залегания зеркала грунтовых вод в естественных условиях в пределах высокой пойменной и 1-ой надпойменной террасы на участке работ от 2 до 5 м, увеличиваясь вблизи коренных склонов (в пределах 2-ой и 3-ей надпойменных террас) до 10-20 м. Мощность аллювиальных отложений в изучаемой части долины р.Бзыбь изменяется от 10 м (вдоль коренного склона) до 60-62 м в зоне переуглубления. Геологическое строение долины р.Бзыбь в пределах этой территории позволяет рассматривать всю обводненную аллювиальную толщу как единый водоносный горизонт, что подтверждается результатами бурения скважин и откачками из верхней и нижней части горизонта.

Уклоны естественного подземного потока в пределах рассматриваемой части долины р.Бзыбь закономерно изменяются от устья вверх по течению: от 0.0031 – в нижней западной части долины до 0.0043 – в верхней восточной (на выходе из ущелья).

В пределах Нижнебзыбского МПВ выделено 2 участка:

1. Участок действующего водозабора "Старо-Бзыбский", эксплуатирующего с 1970-х годов аллювиальный водоносный горизонт для водоснабжения г.Пицунда. Расположен вдоль береговой линии р.Бзыбь на расстоянии ~ 100 м от нее, в 2-х км от устья реки. Мощность водоносного горизонта ~20 м. Водозабор сифонного типа (протяженностью – 620 м), состоит из 12 шурфов (глубиной до 7-12 м) и одной скважины. Производительность водозабора 500-750 м³/час или 12-18 тыс.м³/сут. Максимальное понижение уровней от естественных условий не превышает 5 м. Недостатком водозабора данного типа является невозможность снижения уровня глубже 6-7 м, что не позволяет увеличить его производительность свыше 20 тыс.м³/сут.

2. Участок проектного водозабора "Ново-Бзыбский", выявленный геофизическими методами выше по долине р.Бзыбь (4.5-6 км от устья, 150-250 м от реки), наиболее перспективный с целью получения потребного количества воды (до 60 тыс.м³/сут). Мощность водоносного горизонта на участке – 30-40 м.

Поисково-разведочные работы были начаты на участке действующего водозабора, с целью установления полной мощности аллювиальных грубообломочных отложений. Для этого была пробурена параметрическая скважина глубиной 56 м, по которой установлена мощность водонасыщенной части аллювиальных грубообломочных отложений на участке водозабора, составившая всего 19 м. При предполагаемых нагрузках на скважину до 5 тыс.м³/сут в таких условиях глубина динамического уровня при эксплуатации не должна превышать 10-12 м, что с учетом работы действующего сифонного водозабора крайне проблематично.

В случае ликвидации сифонного водозабора (учитывая ограничения возможности снижения уровня при эксплуатации) и замене его скважинным уже на первом этапе строительства водозабора пришлось бы помимо обеспечения потребности в воде I очереди водоснабжения г.Гагра - 30 тыс.м³/сут компенсировать производительность действующего водозабора (до 20 тыс.м³/сут), т.е. решать задачу реализации водозабора на перспективную потребность 60 тыс.м³/сут.

С учетом ограниченной длины "Старо-Бзыбского" участка (около 1 км) при пониженной мощности водоносного горизонта (даже без учета технико-экономических факторов, связанных с реконструкцией действующего водозабора г.Пицунда) оперативное решение такой задачи представлялось маловероятным.

Поэтому было решено провести поиск нового участка Нижнебзыбского МППВ, отвечающего перечисленным выше требованиям.

В связи с тем, что опыт эксплуатации действующих водозаборов имеет неоценимое значение при разведке и оценке запасов, а в долинах горных рек в особенности, на "Старо-Бзыбском" участке был организован полноценный мониторинг за водоотбором, уровнями воды в "шурфах-колодцах", скважинах и реке с установкой автоматизированных средств измерений.

Наземными геофизическими работами методами электроразведки, проводимыми параллельно с обследованием действующего водозабора и бурением 2-х скважин на его западном продолжении, было установлено, что переуглубленная часть долины р.Бзыбь с мощностью грубообломочных отложений более 45-50 м смещена от русла реки и участка действующего водозабора более, чем на 500 м к северу (рис.2), где размещение нового водозабора невозможно, т.к. участок занят садами. Поэтому геофизические работы были продолжены вверх по долине рБзыбь., прежде всего, на площади с отсутствием застройки, садов и других мероприятий по хозяйственному освоению территории.

Проведенными исследованиями было установлено, что уже на расстоянии несколько более 1 км от действующего водозабора современное русло и переуглубленная часть долины реки существенно сближаются. Здесь был выделен свободный от хозяйственного освоения перспективный участок протяженностью около 1.5 км, полностью отвечающий сформулированным выше геолого-гидрогеологическим, санитарно-топографическим и технико-экономическим критериям и требованиям для создания водозаборов, получивший название "Ново-Бзыбский".

Этот участок в значительной степени соответствовал его изученным и хорошо освоенным аналогам на Черноморском побережья Кавказа и, в первую очередь, в долине р.Мзымта, что позволяло использовать аналогию при разведке и подсчете запасов подземных вод. Поэтому после согласования возможности освоения этого участка с заинтересованными государственными органами Республики Абхазия дальнейшие геолого-разведочные работы выполнялись по известной и хорошо разработанной методике разведки горных речных долин Черноморского побережья Кавказа на территории России [1-4].

Выполненные геолого-разведочные работы включали в себя: гидрогеологическое и санитарно-топографическое обследование участка; наземные геофизические исследования; ударно-канатное бурение разведочно-эксплуатационных скважин; вращательное механическое бурение наблюдательных скважин; опытно-фильтрационные работы, включающие в себя пробные, опытные одиночные и кустовую откачку; геофизические исследования в скважинах; гидрогеологические и гидрологические наблюдения за режимом подземных и поверхностных вод; мониторинг действующего водозабора на "Старо-Бзыбском" участке; опробование и лабораторные работы по изучению качества подземных и поверхностных вод.

С учетом опыта эксплуатации действующих водозаборов Черноморского побережья длина разведуемого линейного ряда была определена около 1 км, что соответствовало максимальной удельной нагрузке на 1 пог.км 60 тыс.м³/сут и безусловно гарантировало удовлетворение потребности первой очереди - 30 тыс.м³/сут.

Стандартная схема разведки такого ряда включает в себя бурение 3-х разведочно-эксплуатационных скважин в центре и на флангах водозаборного ряда, создание и опробование опытного двухлучевого куста в центре ряда на базе средней разведочно-эксплуатационной скважины с двухъярусными наблюдательными во встречном луче.

Такой подход был реализован на "Ново-Бзыбском" участке. Кроме того, в схеме водозабора было пробурено еще 4 разведочно-эксплуатационные скважины, что соответствовало техническому заданию, предусматривающему необходимость бурения всех разведочно-эксплуатационных скважин I очереди водозабора, позволяющих реализовать суммарный водоотбор I очереди - 30 тыс.м³/сут. Наличие этих скважин позволило существенно увеличить количество точек наблюдений при кустовой откачке.

Выполненные разведочные работы с привлечением данных по водозаборам-аналогам позволили получить все необходимые данные для подсчета запасов Нижнебзыбского МППВ.

Камеральные работы по обработке результатов выполненных работ и оценке запасов помимо стандартных методов включали в себя: разработку геофильтрационной математической модели Нижнебзыбского МППВ, воспроизведение на ней опыта эксплуатации действующего водозабора на "Старо-Бзыбском" участке на характерный в течение года период наблюдений, кустовой откачки на "Ново-Бзыбском" участке, серию прогнозных модельных расчетов по подсчету запасов подземных вод на "Ново-Бзыбском" и "Старо-Бзыбском" участках.

Анализ результатов исследований по оценке фильтрационных характеристик продуктивного пласта аллювиальных отложений по материалам предшествующих работ и настоящих исследований, а также по данным разведки месторождений-аналогов Нижнебзыбского МППВ, показал, что они характеризуются высокими значениями коэффициентов фильтрации, диапазон изменения которых, в основном, составляет 50-250 м/сут (на отдельных участках – до 300 м/сут), что, исходя из мощности пласта, соответствует водопроводимости от 1000 до 15000 м²/сут.

Как отмечено выше, важной особенностью месторождений данного типа является характеристика степени гидравлической связи подземных вод с поверхностными, и возможное изменение условий питания подземных вод (по сравнению с естественными) в периоды высокой и низкой водности при эксплуатации водозаборов, вследствие эксплуатационной кольматации подрусловых отложений, а также в периоды глубокой летней межени.

При оценке параметра фильтрационного сопротивления русловых отложений в современных условиях учитывались имеющиеся сведения по действующим и проектируемым водозаборам в аналогичных гидрогеологических условиях, которые уточнялись по результатам моделирования откачки и при решении обратных задач по воспроизведению современных условий фильтрации, как на участке действующего водозабора, так и в условиях, ненарушенных эксплуатацией (участок "Ново-Бзыбский).

Изучаемая территория Нижнебзыбского МППВ по своим гидрогеологическим условиям является аналогом разведанного и эксплуатируемого Адлерского участка в долине р.Мзымта [2, 3]. Анализ работы действующих водозаборов на участках долин Черноморского побережья, в числе которых Адлерский и Ахштырский участок долины р.Мзымта показал, что в процессе эксплуатации водозаборов происходит кольматация русловых отложений, существенно ухудшающая условия инфильтрации поверхностных вод в водоносный горизонт по сравнению с естественными природными условиями, прежде всего, в глубокую летнюю межень (июль-сентябрь). Эти изменения приводят к существенному увеличению фильтрационного сопротивления подрусловых отложений (А_о), которое возрастает от 0.05-0.1 сут – в естественных условиях до 3 сут в эксплуатационных.

Наиболее детально этот вопрос был проработан при оценке запасов подземных вод методом моделирования второй очереди Ахштырского участка в 1981 г. [1]. При последующих оценках запасов на участках долин Черноморского побережья значение А_о принималось не по данным разведки, а по аналогии с данными эксплуатационной разведки.

При доразведке эксплуатируемого Ахштырского участка в 1981 г. было установлено, что естественные условия взаимосвязи подземных и поверхностных вод сохраняются на расстоянии более 500 м от крайних эксплуатационных скважин водозабора (с удельной нагрузкой 5-6 тыс.м³/сут на 100 пог.м длины).

На территории Нижнебзыбского МППВ антропогенного воздействия действующего водозабора на участок "Ново-Бзыбский", расположенный в 1.3 км выше по течению р.Бзыбь не отмечено, что позволило полагать, что этот участок находится в естественных природных условиях и характеризуется естественным режимом подземных и поверхностных вод.

Имеющиеся сведения по геофильтрационным параметрам водоносных пластов и условиям их гидравлической взаимосвязи с поверхностными водами, которые были апробированы при оценке запасов подземных вод на участках-аналогах, использованы при схематизации гидрогеологических условий Нижнебзыбского МППВ, с целью моделирования современных и прогнозных условий на участках нарушенного ("Старо-Бзыбский") и естественного до начала эксплуатации ("Ново-Бзыбский") режима подземных вод.

По результатам выполненных исследований в соответствии с разработанной методикой подсчитаны с использованием моделирования запасы Нижнебзыбского МППВ в количестве заявленной потребности – 60 тыс.м³/сут – по участку "Ново-Бзыбский"; при этом оценена возможность сохранения отбора на участке "Старо-Бзыбский" в 2-х вариантах:

- 15.3 тыс.м³/сут (современный среднесуточный меженный отбор из колодцев и 2-х скважин);

- 26.0 тыс.м³/сут (проектный отбор при реконструкции водозабора с заменой колодцев на скважины и удлинением водозабора до 900 м).

Таким образом, выполненный анализ природных условий рассматриваемого Нижнебзыбского МППВ в долине р.Бзыбь, а также сопоставление его с месторождениями-аналогами – в долинах Черноморского побережья, позволили наметить и обосновать методику его разведки и оценки запасов, обосновать геофильтрационные характеристики продуктивного пласта, а также параметры взаимосвязи подземных и поверхностных вод и их изменения в процессе водоотбора, которые могут быть оценены только по данным эксплуатации (водозаборов-аналогов), а также выполнить оценку запасов подземных вод.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бондаренко Н.Б., Боревский Б.В. Исследований на аналоговой модели фильтрационного потока под руслом реки. "Математическое моделирование гидрогеологических процессов. Тез. докладов к научн.-техн. семинару. М., 1981 г., с-79-80.

2. Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. Киев: Высшая школа, 1989 г., 407 с.

3. Боревский Б.В., Ершов Г.Е., Кувыкина Ю.Ю. Геофильтрационная модель Нижнемзымтинского месторождения пресных подземных вод на Черномолрском побережье Кавказа и ее изменения в условиях интенсивной антропогенной нагрузки. "Водоснабжение и водоотведение, гидротехника и инженерная гидрогеоэкология", М., 2012 г., № 13.

4. Федоров А.В. Условия формирования эксплуатационных запасов месторождений подземных вод горных речных долин и особенности методики их разведки (на примере Черноморского побережья Кавказа). Диссертация на соискание ученой степени канд.геол-мин.наук. М., 1984.

• < Назад
• Вперёд >