Введение к работе
Актуальность проблемы. Засушливый климат Центрального Казахстана и бедность поверхностных водных ресурсов обуславливают постоянный дефицит воды хозяйственно-питьевого назначения. Практически единственным перспективным источником централизованного водоснабжения городов, поселков и крупных промышленных предприятий являются подземные воды, приуроченные к четвертичным аллювиальным отложениям речных долин. Методика оценки эксплуатационных запасов (ЭЗ) водоносных горизонтов в долинах рек с периодическим стоком была разработана Ф.М.Бочевером еще в середине 50-х годов. В соответствии с этой методикой к настоящему времени разведана и вовлечена в эксплуатацию большая часть месторождений подземных вод (МПВ), однако опыт эксплуатации действующих водозаборов показывает, что подсчет ЭЗ выполнен с излишним запасом надежности и существуют значительные резервы для увеличения водоот-бора. Исследования последних лет показали, что условия формирования МШ в речных долинах Центрального Казахстана характеризуются рядом особенностей, методика изучения которых в процессе разведочных работ и учета при оценке запасов разработана недостаточно. Это отражается на достоверности гидрогеодинамических прогнозов и эффективности проведения геологоразведочных работ. Кроме того, гидрогеологические условия ряда месторождений претерпели существенные изменения в результате интенсивной хозяйственной деятельности людей. Нельзя упускать из виду и то обстоятельство., что современный период характеризуется усиленным развитием методов интерпретации результатов гидрогеодинамических исследований и подсчета запасов, главным образом, с широким применением вычислительной техники. Выпесказанное обуславливает необходимость совершенствования методов геофильтрационной схематизации и оценки запасов подземных вод речных долин Центрального Казахстана. Рассматриваемые вопросы актуальны не только для долин рек "казахстанского типа", но и имеют более общее значение для речных долин с малой мощностью водоносного горизонта и периодическим стоком.
Целью работы является совершенствование и разработка методов геойильтрационной схематизации и оценки запасов подземных вод речных долин Центрального Казахстана в связи с рациональным использованием водных ресурсов.
Для достижения намеченной цели решались следующие основные задачи: I) Изучение закономерностей накопления аллювия и формирования ШВ современных речных долин Центрального Казахстана. 2) Разработка типизации МПВ по условиям формирования ЭЗ. 3) Обоснование методики гидрогеодинамических исследований. 4) Исследование пространственной изменчивости фильтрационных свойств аллювиальных отложений. 5) Изучение структуры формирования ЭЗ при водо-отборе на разных типах ШВ.
Методика выполнения работы включала анализ и обобщение фактического и литературного материала, полевые исследования при прс ведении разведки МПЗ в долинах рек, численные эксперименты и математическое моделирование изучаемых процессов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
На основе изучения закономерностей строения и накопления аллювиальных отложений выделен переходный тип аллювия от горного к равнинному - аллювий мелкосопочника, выявлены геолого-гидрогеологические особенности современного состояния речных долин.
-
Предложена типизация МІВ в речных долинах Центрального & захстана по условиям формирования ЭЗ.
-
На основе численной модели насыщенно-ненасыщенной фильтр; ции с учетом влагопереноса в осушаемой части пласта исследованы закономерности процессов осушения и насыщения и динамика гравитационной водоотдачи при откачке и восстановлении уровня для типичных схем строения безнапорного потока.
-
Разработаны" новые положения методики оценки геофильтрационных параметров применительно к двум основным схемам откачки из безнапорного пласта: неограниченного в плане л вблизи реки, позволяющие избежать неоднозначности в определении параметров в условиях возможного влияния осложняющих проведение откачки факто
ров. Предложена модификация объемно-балансового метода, основанная на аппроксимации воронки депрессии гладкими функциями.
-
Изучены внутренние взаимосвязи и получены эмпирические зависимости между геофильтрационными параметрами, показателями гранулометрического состава а электрическими характеристиками пород, позволяющие эффективно использовать результаты литологической съемки и наземной геофизики для целей оценки запасов.
-
Показаны пути увеличения ЭЗ в долинах рек с периодическим стоком и способы расчеты, основанные на учете многолетней изменчивости естественных и привлекаемых ресурсов; доказана необходимость учета естественного загрязнения грунтовых вод в прогнозных оценках.
Практическая значимость. Выявленные закономерности формирования МИВ в речных долинах Центрального Казахстана и разработанные методы геофильтрационной схематизации и оценки запасов позволяют повысить достоверность гидрогеологических прогнозов, качество и эффективность проведения геологоразведочных работ. Результаты исследований дают возможность реализации наиболее оптимальных схем опытных кустов скважин с целью определения геофильтрационных параметров, позволяют целенаправленно использовать результаты литологической съемки и наземной геофизики для оценки запасов, а также цают возможность прогнозировать работу водозаборов с учетом особенностей ШВ и влияния техногенеза.
Реализация результатов. Все методические приемы и основные голожения, разработанные автором доведены до практической реали-їации при разведке ряда ШВ в долинах рек Центрального Казахста-іа, запасы которых утверждены ГКЗ СССР и ТКЗ ПГО "Центрказгеоло-рия". Кроме того, полученные в работе результаты вошли в научные >тчеты Карагандинской партии НИЧ кафедры гидрогеологии геологи-іеского факультета МГУ.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований док-шдцвались па 31 конференции творческой молодежи ВСЕГИНГЕО (Моск-за, IS86 г.), на научно-техническом совещании молодых специалистої [ГО "Центрказгеологпя" (Караганда, 1987 г.), на республикаской
школе передового опыта "Использование подземных вод для орошения" (Ашхабад, 1987 г.), на республиканском совещании "Проблемы техногенного загрязнения-подземных вод и прогноз изменения геологической среды (Алма-Ата, 1989 г.), на всесоюзной пшоле передового опыта "Методика проведения и интерпретации опытно-фильтрационных и опытно-миграционных работ при разведке подземных вод" (Москва, 1989 г.), на конференции молодых специалистов ПБИИИСа Госстроя РСФСР(Москва, 1989 г.) на ХУІ, ХШ и ХУШ научных конференциях молодых ученых геологического факультета МГУ (1989, 1990, 1991 гг.), на научном семинаре кафедры гидрогеологии геологического факультета МГУ "Математическое моделирование гидрогеологических процессов" (1989, 1990 гг.) По теме диссертации опубликованы 7 работ и 2 находятся в печати.
Объем работы: диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и выводов, содержит 145 страниц машинописного текста, 20 таблиц, 60 рисунков; список литературы включает 150 наименований.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору В.М.Шестакову за постоянное внимание, большую научно-методическую помощь и поддержку в работе, а также вед.н.с. ПБИИИСа С.П.Позднякову за полезные советы и предоставленное программное обеспечение.
Автор искренне благодарит сотрудников кафедры гидрогеологии за конструктивные обсуждения результатов, а также сотрудников Карагандинской ГРЭ за помощь в проведении полевых исследований.