Освоение месторождений подземных вод

Итак, пройдены все стадии поисков месторождения и его разведки, завершившиеся подсчетом ЭЗ, т.е. обосновано место расположения, необходимое количество и рациональная конструкция водозахватных устройств, дан прогноз качества воды и оконтурена ЗСО (с перечнем необходимых санитарно-оздоровительных мероприятий), так или иначе согласованы вопросы влияния водозабора на окружающую среду. Отчет о поисково-разведочных работах экспертируется и защищается в Государственной или территориальной комиссии по запасам полезных ископаемых.

Для целей водохозяйственного учета и оценки перспектив дальнейшего изучения общая сумма утверждаемых эксплуатационных запасов разбивается на несколько категорий по степени изученности: А - освоенные, В - разведанные, С1 - предварительно оцененные, С2 - выявленные, Р - прогнозные ресурсы.

Целесообразная степень изученности месторождений подземных вод определяется степенью сложности гидрогеологических, водохозяйственных, геоэкологических и горно-геологических условий. В настоящее время предлагается использовать три градации группировки месторождений: с простыми, сложными и весьма сложными условиями.

Мы не рассматриваем принципы категоризации ЭЗ и группировки месторождений, поскольку они не имеют какого-либо содержательного гидрогеологического смысла. Специалист, работающий в области поисков и разведки подземных вод, должен владеть соответствующими методическими и нормативными документами на момент производства работ и руководствоваться ими.

После утверждения ЭЗ выполняется проектирование и строительство водозабора; затем эксплуатирующая организация, получив лицензию, начинает эксплуатацию (промышленное освоение) месторождения.

Период эксплуатации месторождения в методическом смысле должен рассматриваться как очередная стадия его разведки ("эксплуатационная разведка"), основной целью которой является контроль оправдываемости прогнозных расчетов. С этой целью на действующем водозаборе создается система объектного мониторинга, данные которого передаются по территориальной принадлежности в общую систему Государственного мониторинга состояния недр. Основное содержание гидрогеологических наблюдений на стадии освоения месторождения: пространственно-временной контроль развития депрессии напоров, изменения качества извлекаемой воды и состояния окружающей среды.

Постепенное накопление информации за многолетний период дает возможность корректировки первичных (разведочных) прогнозов. Такая необходимость реально возникает по таким причинам:

опасность "недобора" реальной производительности по сравнению с расчетной заявленной потребностью (отчетливо выраженная тенденция к перепонижению уровней, критическое ухудшение качества воды). В таких ситуациях необходима разработка рекомендаций по перераспределению нагрузки между скважинами или изменению схемы водозабора, защитным мероприятиям по сохранению качества и т.д.)

появление дополнительной потребности в воде: в этих случаях необходима оценка возможности увеличения производительности уже действующих скважин, рекомендации по расширению водозабора на фланговых участках; возможно - разработка мероприятий по искусственному пополнению запасов подземных вод.

изменение водохозяйственной обстановки: гидротехническое строительство, орошение и/или мелиорация сельскохозяйственных земель, изменение районных схем водопользования (например, ликвидация старых водозаборов и т.д.).

Если эти причины оказываются существенными, то производится ПЕРЕОЦЕНКА (пересчет) ЭЗ на основе уточнения первичной (разведочной) фильтрационной схемы. При этом в том или ином объеме может быть предпринята доразведка месторождения (обычно на фланговых участках), однако, наиболее добротный и надежный материал может быть получен по данным длительных наблюдений за эксплуатацией водозабора. Ведь эксплуатационный водоотбор - это, по сути, мощный опыт, причем такой длительности и интенсивности, которых в принципе невозможно достичь при разведке. Особенно важно, что при таких масштабах возмущения достаточно отчетливо проявляются замедленные во времени процессы, а также ощущается влияние удаленных границ и зон неоднородности.

Следует особо подчеркнуть, что эффективная и надежная интерпретация этих уникальных данных возможна только при рациональной и ответственной организации объектного мониторинга на всем периоде освоения месторождения, что, увы, выполняется крайне редко. С позиций гидрогеолога нужно помнить, что все расчеты параметров и эпигнозный анализ производятся с использованием величин понижений (изменений!) уровней, поэтому абсолютно необходимо, чтобы наблюдательная сеть была создана и оборудована до начала эксплуатации, чтобы на ней можно было максимально долго отследить естественный (ненарушенный) фон уровней и расходов.

Желательно осуществление наблюдений как за гидрогеодинамическими элементами потока, так и за доступными балансовыми механизмами. Обычные объекты наблюдений (мониторинга):

Все эксплуатационные скважины - на них должны наблюдаться производительность и динамические уровни; фиксируются кратковременные технологические и аварийные остановки и, естественно, длительные остановки для капитального ремонта скважин или насосного оборудования. Периодически производится гидрогеохимическое, бактериологическое опробование и т.д.

Система наблюдательных скважин: их количество и схема расположения диктуются типом месторождения и масштабом водозабора; на них наблюдаются динамические уровни, выборочно - физические свойства и химический состав воды.

Частота наблюдений дифференцируется в зависимости от сезона года и удаленности от водозабора. Наиболее часто наблюдаются ближайшие наблюдательные скважины; на периферии воронки достаточна частота 3-6 раз/месяц. Плотность наблюдений возрастает в "активные" сезоны года (разные в климатических зонах).

Особо следует подчеркнуть, что должны быть и "фоновые" скважины (и/или другие объекты) за пределами депрессионной воронки, по которым отслеживается внешний фон за счет естественных и техногенных процессов - при эпигнозном анализе его нужно вычитать, чтобы получить собственно влияние водоотбора.

Естественные водопроявления - лучше всего, сосредоточенные родники, дренирующие основной (эксплуатируемый) или смежные горизонты. Родники каптируются капитальными лотками; дебит их измеряется гидрометрическим способом или водосливными рамками.

Гидрометрические посты - организуются на поверхностных водотоках в зоне влияния водозабора - желательно на "входе" и "выходе" реки из площади депрессионной воронки плюс створ напротив или несколько ниже водозабора. При наличии притоков следует иметь вспомогательные створы на их устьях, чтобы можно было замкнуть русловой баланс основной реки. Частота наблюдений определяется, исходя из типичного гидрологического режима местных рек.

К сожалению, рассмотренная схема наблюдений крайне редко соблюдается на реальных действующих водозаборах, что целиком лежит на совести исполнителей от эксплуатирующих организаций. В отличие от всех других опытных данных, режимную информацию невозможно восстановить и тем более получить заново - время, увы, необратимо. Непонимание этой простой истины и элементарная недобросовестность приводят практически к полной потере качества данных мониторинга и невозможности выполнения сколько-нибудь достоверного эпигнозного анализа опыта эксплуатации для большинства водозаборов.

Для переоценки ЭЗ привлекаются, кроме того, многолетние данные стационарных наблюдений, выполняемых специализированными федеральными, территориальными и ведомственными службами.

Гидрометслужба РФ: метеорологические данные по близлежащим метеостанциям и постам (периоды выпадения, интенсивность, фазовое распределение осадков, испаряемость, влажность и температура воздуха ); гидрологические данные по ближайшим рекам-аналогам.

Эксплуатационные управления, бассейновые инспекции и водохозяйственные управления и др. - периоды, нормы и площади сельскохозяйственного орошения, периоды и режим регулирования уровней водохранилищ, данные по ближайшим водозаборам подземных вод и т.п.

Особая форма обобщения данных мониторинга эксплуатационного водоотбора - создание региональных постоянно-действующих моделей. Они полезны для районов массированного водоотбора или для самых крупных месторождений, имеющих значительные области формирования дебита и, следовательно, гидродинамического влияния. Это региональные модели (в основе своей гидрогеодинамические), информационная база которых обновляется практически в режиме реального времени (в этом смысле следует понимать термин "постоянно-действующие"). Они учитывают:

климатические, ландшафтные, геологические, гидрогеологические, гидрологические условия контролируемой территории,

водохозяйственный режим (гидротехнические сооружения, водозаборы, дренажи, сбросы, потери, аварийные ситуации и т.д.).

Основное преимущество этих достаточно сложных в создании и поддержании систем: возможность оперативной прогнозной оценки любой возникшей или проектируемой ситуации - с точки зрения общего водного баланса и воздействия на подземные воды.

Для Московского региона (примерно в границах Московской области) такая модель разрабатывается (еще в аналоговом виде) с 70-х годах: вначале в МГУ (Л.К.Гохберг, И.С.Пашковский, А.А.Рошаль), впоследствии (уже в численном виде) - в подразделениях геологической службы центральных районов РФ и до последнего времени функционировала в Научно-производственном центре "Геоцентр-Москва".