ПОИСКИ И РАЗВЕДКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ДЛЯ КРУПНОГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР
всесоюзный .научно-исследовательский институт
ГИДРОГЕОЛОГИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ (ВСЕГИНГЕО)
ПОИСКИ И РАЗВЕДКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ДЛЯ КРУПНОГО
ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Методическое пособие
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДР А»
МОСКВА 1969
УДК 551.49:327.84 + 628.1
Редакционная
коллегия:
Н. Н. Биндеман (главный редактор), А. Т. Бобрышев,
Ф. М. Бочевер, И. В. Гармонов (зам. главного редактора),
Н. Д. Драснопевцев, Н. А. Огильви, Л. С. Язвин
Поиски и разведка подземных вод для крупного водоснабжения. Коллектив
авторов. ВСЕГИНГЕО. М., Изд-во «Недра», 1969, 326 стр.
Настоящая работа, составленная на основе анализа н обобщения обширного
фондового материала по поискам и разведке подземных вод для целей крупного
водоснабжения, сочетает методику поисков и разведки подземных вод в разно-
образных гидрогеологических условиях с методикой подсчета эксплуатационных
запасов подземных вод.
Работа состоит из двух частей. В первой части, включающей II глав, рас-
смотрены стадии гидрогеологических «исследований, категории эксплуатационных за-
пасов подземных вод и требования ГКЗ при СМ СССР к обоснованию запасов,
излагаются основные вопросы методики оценки эксплуатационных запасов под-
земных вод, дается описание способов бурения и оборудования скважин фильтрами,
насосным оборудованием и приборами, геофизических, гидрохимических и гидро-
геологических исследований, изучения режима подземных вод, методики проведения
опытных работ и определения гидрогеологических параметров водоносных пластов,
приводится оценка эксплуатационных запасов подземных вод в районах действую-
щих водозаборов, описываются методы моделирования и особенности их приме-
нения для оценки эксплуатационных запасов подземных вод и методика гидрогео-
логических исследований для выделения зон санитарной охраны.
В 11 главах второй части работы освещаются основы методики исследований
в различных гидрогеологических условиях и особенности методики подсчета запа-
сов. Здесь рассмотрены: артезианские бассейны, подземные воды небольших текто-
нических структур Казахской складчатой страны, трещинные воды изверженных
пород, подземные воды карста, конусов выноса, ледниковых отложений, аллюви-
альных отложений речных долин, морских побережий, линзы пресных вод и под-
земные воды области распространения миоголетиемерзлых пород.
В работе освещаются все основные -вопросы методики гидрогеологических
исследований и особенности их проведения в различных природных условиях. Ра-
бота будет служить хорошим пособием для гидрогеологов, занимающихся поисками
н разведкой подземных вод. В ней нашли отражение новейшие достижения мето-
дики и техники производства полевых работ и новейшие разработки в части ме-
тодики подсчета запасов. Особая ценность работы состоит в том, что в ней
большинство вопросов рассмотрено на конкретных примерах, взятых из практики.
Таблиц 30, иллюстраций 52, библиография — '178 названий.
Введение
Пресные подземные воды представляют собой одно из важ-
нейших полезных ископаемых, в широких масштабах используемое для
хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения, орошения сель-
скохозяйственных угодий и для других целей.
В связи с постоянно возрастающим развитием промышленного
производства в нашей стране, ростом городов и улучшением культурно-
бытовых условий населения из года в год увеличивается использование
пресных подземных вод и соответственно растут затраты на их поиски
и разведку.
Особое значение использование подземных вод для водоснабжения
приняло в связи с Директивами XXIII съезда КПСС по пятилетнему
плану развития народного хозяйства СССР на 1966—1970 гг. В Дирек-
тивах XXIII съезда КПСС указывается на необходимость обеспечения
всех городов централизованным водоснабжением.
К сожалению, до сих пор в практике изучения подземных вод для
водоснабжения наблюдаются факты недостаточной целеустремлен-
ности, что приводит к постановке излишних работ, а необходимые ра-
боты, на основе которых могут быть сделаны соответствующие практи-
ческие выводы, не выполняются.
По вопросам методики гидрогеологических исследований для водо-
снабжения и подсчета их эксплуатационных запасов существует
довольно обширная литература. Среди первых обобщающих работ сле-
дует отметить работы М. Е. Альтовского (1936), Н. А. Плотникова
(1946), Г. Н. Каменского (1947), С. К- Абрамова, М. П. Семенова и
А. М. Чалищева (1956). Указанные исследования сыграли большую
роль в ознакомлении широкого круга специалистов с методами поисков
и разведки подземных вод для водоснабжения и, несмотря на довольно
давнее их издание, в некоторой части не потеряли значения и до настоя-
щего времени. Однако в них почти совершенно отсутствует методика
проведения работ с учетом различных гидрогеологических условий,
а также современные методы расчета эксплуатационных запасов под-
земных вод. Из более поздних публикаций отметим работы Н. И. Плот-
никова (1959; 1965; 1968).
Начиная со второй половины пятидесятых годов появилась серия
изданий (все они указаны в списке использованной литературы), в кото-
рых рассматриваются методика расчета эксплуатационных запасов
подземных вод для различных гидрогеологических условий или вопросы,
связанные с этой методикой. Из обобщающих сводок этой серии иссле-
дований отметим работу Ф. М. Бочевера и Н. Н. Веригина (1961) и
работу Н. Н. Биндемана (1963).
Оценка естественных ресурсов подземных вод дана в работе
Б. И. Куделина (1960).
Указания о составе работ для обоснования оценки запасов подзем-
ных вод разных категорий, требования к разведке и изученности место-
рождений подземных вод и т. д. изложены в Инструкции по примене-
нию классификации эксплуатационных запасов подземных вод (1962),
разработанной сотрудниками Государственной комиссии по запасам
полезных ископаемых СССР Н. Д. Краснопевцевым и В. Н. Никитской.
В основу настоящей работы, составленной с учетом перечисленных
выше изданий, а также на основе анализа и обобщения обширного
фондового материала положена методика подсчета эксплуатационных
запасов подземных вод и методика поисков и разведки подземных вод
в разнообразных гидрогеологических условиях.
В первой общей части, включающей одиннадцать глав, описыва-
ются стадии гидрогеологических исследований, категории эксплуата-
ционных запасов подземных вод и требования Государственной комис-
сии по запасам полезных ископаемых к их обоснованию, излагаются
основные вопросы методики оценки эксплуатационных запасов под-
земных вод, дается описание способов бурения и оборудования сква-
жин фильтрами, насосным оборудованием и приборами, геофизических
исследований, гидрохимических, изучения режима подземных вод,
гидрологических исследований, методики проведения опытных работ
и определения гидрогеологических параметров водоносных пластов,
приводится оценка эксплуатационных запасов подземных вод в районах
действующих водозаборов, описываются методы моделирования и осо-
бенности их применения для оценки эксплуатационных запасов под-
земных вод и методика гидрогеологических исследований для выделения
зон санитарной охраны.
Во второй части, состоящей также из одиннадцати глав, дается
описание методики поисков и разведки подземных вод в различных
гидрогеологических условиях. Здесь выделяются артезианские бас-
сейны платформенного типа, подземные воды небольших тектонических
структур Казахской складчатой страны, трещинно-грунтовые воды
изверженных пород, подземные воды зон тектонических нарушений,
подземные воды карста, конусов выноса, ледниковых отложений, аллю-
виальных отложений речных долин, морских побережий, линзы пресных
вод и подземные воды области распространения многолетнемерзлых
пород. Выделяются основные вопросы, требующие разрешения при
поисках и разведке для каждого из приведенных типов подземных вод,
и дается описание методики решения этих вопросов на отдельных ста-
диях для обоснования соответствующих категорий запасов подзем-
ных вод.
При таком содержании и построении работа должна явиться по-
лезным дополнением к ранее изданным и будет способствовать рацио-
нальному проведению исследований при поисках и разведке пресных
подземных вод для крупного централизованного водоснабжения.
Методическое руководство составлено коллективом научных сотруд-
ников Всесоюзного научно-исследовательского института гидрогеологии
и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО).
В составлении методического руководства приняли участие следую-
щие сотрудники ВСЕГИНГЕО: В. Д. Бабушкин, Д. Н. Башкатов,
Н. Н. Биндеман, С. В. Викторов, В. И. Владимирский, И. Ф. Володько,
Е. А. Востокова, И. В. Гармонов, В. М. Гольдберг, А. И. Чубарова,
А. И. Ефимов, И. С. Зекцер, В. Ф. Карулина, В. С. Ковалевский,
М. Н. Коляда, Е. Л. Минкин, Н. А. Огильви, С. М. Семенова, И. Ю. Со-
колов и Л. С. Язвин. Кроме того, в составлении руководства участво-
вали: Ф. АГ Бочевер (МГУ), И. К. Гавич (МГРИ), Н. Д. Краснопев-
цев (ГКЗ СССР) и Б. Г. Логинов (ПНИИИС).
Авторы будут благодарны за все критические замечания и пожела-
ния, касающиеся содержания и построения методического пособия, и
просят направлять их по адресу: Москва Ж-17, Большая Ордынка, 32,
ВСЕГИНГЕО.
Часть первая
ОБЩАЯ
Глава I
СТАДИИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
КАТЕГОРИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ТРЕБОВАНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИССИИ ПО ЗАПАСАМ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ К ИХ ОБОСНОВАНИЮ
В данной главе сформулированы основные требования,
предъявляемые к гидрогеологическим исследованиям при поисках и
разведке подземных вод, выполняемых с целью выявления и оценки
эксплуатационных запасов подземных вод, а также общие положения
классификации эксплуатационных запасов подземных вод и требования
Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых к их
обоснованию.
Под «эксплуатационными запасами» в соответствии с классифика-
цией, разработанной Государственной комиссией по запасам полезных
ископаемых, понимается количество подземных вод, которое может
быть получено рациональными в технико-экономическом отношении
водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и
при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего рас-
четного срока водопотребления.
СТАДИИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объем гидрогеологических исследований для целей водоснабжения
зависит от сложности гидрогеологических условий исследуемой терри-
тории, степени ее изученности, стадии исследований, назначения под-
земных вод и требуемого их количества.
Для наиболее правильного подхода к исследованиям и предотвра-
щения излишних затрат на дорогостоящие детальные работы необхо-
димо соблюдать определенную последовательность в проведении гидро-
геологических исследований, которые по своей целенаправленности мо-
гут быть подразделены на три стадии: поисковые работы, предвари-
тельная разведка и детальная разведка.
При благоприятных гидрогеологических условиях и сравнительно
небольшой потребности в воде отдельные этапы последовательного
изучения могут быть объединены.
Поисковые работы. Главной целью поисковой стадии гидрогеоло-
гических исследований для целей водоснабжения является выявление
и предварительное изучение перспективных площадей (участков) с на-
личием подземных вод, которые могут служить источником централи-
зованного водоснабжения для постановки на них разведочных работ и
последующего заложения в их пределах водозаборов. Проведение
поисковых работ целесообразно при недостаточной гидрогеологической
изученности района предстоящих исследований, когда по имеющимся
геолого-гидрогеологическим материалам не представляется возможным
выделить эти перспективные площади (участки).
Выбор района поисков источников водоснабжения производится по
возможности вблизи и в пределах экономически целесообразных рас-
7
стояний от объекта водопотребления на основе общих геологических и
гидрогеологических предпосылок и данных по эксплуатации подземных
вод существующими водозаборами в районе предстоящих исследований
и в смежных или аналогичных с ним районах. Поэтому перед началом
исследований должны быть собраны, обобщены и изучены материалы
прежних геологических и гидрогеологических исследований, а также
данные по эксплуатации подземных вод в ближайших районах.
На стадии поисков большое значение имеет выяснение основных
закономерностей формирования и распространения подземных вод
изучаемой территории. Выяснение этих вопросов дает возможность пра-
вильно наметить перспективные участки.
Поисковые работы сопровождаются в случае необходимости гидро-
геологической съемкой исследуемого района масштаба 1:100 000—
1 :200 000, бурением поисковых скважин, опробуемых откачками, и гео-
физическими методами.
В зависимости от гидрогеологических условий и требуемого коли-
чества подземных вод размеры площадей для поисков могут изменяться
в больших пределах. Обычно поиски проводятся на расстоянии 10—15,
реже 30—50 км от объекта водопотребления. В отдельных случаях, при
большой потребности в воде и отсутствии местных источников водо-
снабжения, целесообразна постановка поисковых работ и на весьма
удаленных (100 км и более) участках от объекта водопотребления.
Предельно возможную удаленность водозабора от водопотребителя
необходимо согласовывать с заинтересованными организациями перед
началом гидрогеологических исследований. В случае глубокого зале-
гания водоносного горизонта (например, в крупных артезианских бас-
сейнах или закрытых структурах) проведение гидрогеологической
съемки неэффективно и нецелесообразно; основные гидрогеологические
закономерности в таких условиях выявляются при помощи широкого
комплекса геофизических исследований в сочетании с бурением поиско-
вых скважин.
При поисках неглубоко залегающих подземных вод в степных,
полупустынных и пустынных районах могут быть применены также гео-
ботанические методы исследований.
Геофизические исследования обычно предшествуют бурению поиско
вых скважин, проводимых для выяснения общих условий залегания,
распространения и строения водоносных горизонтов. Для сравнительной
оценки степени водоносности отдельных водоносных горизонтов или
отдельных участков в пределах площади распространения перспектив-
ного водоносного горизонта проводятся пробные откачки из скважин.
Качество подземных и поверхностных вод определяется их химическим
опробованием с определением содержания основных компонентов,
а также вредных примесей в зависимости от целевого назначения под-
земных вод.
В результате поисковых работ должно быть произведено райониро-
вание исследованной территории с выделением перспективных площадей
(месторождений, участков) для постановки на них разведочных работ.
Предварительная разведка производится с целью предварительной,
приближенной оценки запасов подземных вод на выявленной в про-
цессе поисков или по имеющимся материалам перспективной площади
(месторождении, отдельных участках месторождения). По результатам
предварительной разведки устанавливается, в какой степени выявлен-
ные и приближенно оцененные запасы подземных вод удовлетворяют
водопотребителя по количеству, качеству и технико-экономическим
условиям их использования (т. е. по стоимостным показателям стро-
ительства и эксплуатации водозабора), и в зависимости от этого опре-
деляется, насколько целесообразно переходить к следующей стадии
разведочных работ — детальной разведке изучаемого объекта.
8
На стадии предварительной разведки выясняются основные во-
просы геологического строения и гидрогеологических условий перспе-
ктивной площади, дается общая оценка ее естественных водных ресур-
сов и производится подсчет эксплуатационных запасов подземных вод
в основном по низким категориям в целом по площади. На крупных
месторождениях подземных вод и больших площадях распространения
перспективных водоносных горизонтов, запасы подземных вод которых
во много раз превышают требуемое их количество, предварительной
разведке подвергается не вся площадь, а лишь участки, наиболее
близко расположенные к объекту водопотребления и характеризую-
щиеся наиболее благоприятными гидрогеологическими условиями и
технико-экономическими показателями строительства и эксплуатации
водозабора. Количество участков, на которых одновременно проводится
предварительная разведка, зависит от потребного количества воды и
степени водоносности участков, установленной на стадии поисковых
работ.
В состав предварительной разведки грунтовых и неглубоко зале-
гающих напорных вод входят следующие виды работ: гидрогеологи-
ческая съемка, буровые работы, геофизические исследования, пробные
и опытные откачки, наблюдения за режимом подземных вод, лабора-
торные работы и в необходимых случаях гидрометрические работы.
Гидрогеологическая съемка производится только в сложных гидро-
геологических условиях и в тех преимущественно случаях, когда оцени-
ваемый основной водоносный горизонт залегает неглубоко от поверхно-
сти, что дает возможность выявить изменение минерализации воды,
области его распространения, питания и дренирования. В зависимости
от размеров разведуемой территории масштаб съемки изменяется от
1 :50 000 до 1:25 000. Съемка сопровождается соответствующим
объемом буровых и горных работ.
По материалам гидрогеологической съемки намечаются места
бурения разведочных скважин, участки для проведения геофизических
исследований и наблюдений за режимом подземных вод.
Буровые работы, выполняемые на стадии предварительной раз-
ведки, состоят из бурения разведочных и наблюдательных скважин.
Разведочное бурение проводится для уточнения геологического строе-
ния участка, условий залегания, мощности и состава водоносных пород
и разделяющих их водонепроницаемых толщ. Устанавливаются уровни
и напоры воды водоносных горизонтов, химический состав подзем-
ных вод.
Диаметры разведочных скважин должны допускать производство
из них пробных откачек. Диаметры скважин, из которых намечается
проведение опытных откачек, должны обеспечивать возможность при-
менения достаточно мощных насосов. Опытные откачки на этой стадии
работ проводятся для определения гидрогеологических параметров
водоносного пласта (коэффициентов фильтрации, уровнепроводности,
пьезопроводности).
Для изучения химического состава подземных вод производятся
сокращенные и полные химические анализы, а также определения со-
держания вредных компонентов (медь, цинк, свинец, мышьяк, радио-
активные элементы, фтор, фенол и др.). Производятся также бактерио-
логические анализы. В случае необходимости на стадии предваритель-
ной разведки проводятся геофизические исследования для установления
и оконтуривания зон повышенной водоносности пород в плане и разрезе,
уточнения залегания водоупорных кровли и подошвы водоносных гори-
зонтов, границы пресных и минерализованных вод.
Если поверхностные воды участвуют в восполнении эксплуатацион-
ных запасов подземных вод, то должны проводиться гидрометрические
9
работы для получения данных об условиях питания водоносного гори-
зонта в различные периоды года.
При предварительной разведке глубоко залегающих водоносных
горизонтов в состав работ включается бурение одиночных разведочных
скважин, геофизические исследования разрезов скважин и производство
пробных и опытных откачек в скважинах из наиболее перспективных
водоносных горизонтов с отбором проб воды на анализы.
В районах с простыми гидрогеологическими условиями и хорошо
изученных, где ресурсы подземных вод заведомо превышают потреб-
ность в воде, а участок под детальную разведку и водозабор может
быть выбран по имеющимся материалам, предварительная разведка
может не производиться.
Детальная разведка. По материалам предварительной разведки,
путем сравнения различных участков возможного расположения водо-
заборов, производится выбор наиболее благоприятного из них с учетом
как гидрогеологических условий, так и технико-экономических показа-
телей, намечается схема водозабора и применительно к ней определя-
ются объем и характер детальной разведки, методика ее проведения,
в частности определяются наиболее рациональное размещение разве-
дочных выработок и расстояния между ними, глубина разведки, объем
и характер опытных гидрогеологических, геофизических, гидрометри-
ческих, режимных, лабораторных и других исследований.
Местоположение и размеры участков под детальную разведку опре-
деляются с учетом количества потребной воды и требований к ее каче-
ству, согласовываются с водопотребителем, а в случае намечаемого
использования вод для хозяйственно-питьевых целей — также и с орга-
нами санитарного надзора в отношении возможности установления зон
санитарной охраны. В тех случаях, когда на площади участка, выбран-
ного под детальную разведку, или в зоне влияния намечаемого водо-
забора расположены жилые строения, промышленные сооружения,
скотоводческие фермы и другие предприятия, сточные воды которых
могут являться источником загрязнения исследуемых вод, вопрос
о возможности и целесообразности их переноса или уничтожения дол-
жен быть согласован с соответствующими местными государственными
органами до начала детальной разведки.
В процессе детальной разведки производится изучение намечен-
ного под водозабор участка с детальностью, обеспечивающей подсчет
эксплуатационных запасов подземных вод по высоким категориям
в требуемом их соотношении и получении материалов для проектиро-
вания новых водозаборных сооружений или расширения существую-
щих водозаборов. Если потребность в воде того или иного объекта выра-
жается большими величинами, то с целью предупреждения прежде-
временных затрат на разведку следует определить очередность удовле-
творения водопотребности и соответственно этому установить очеред-
ность ввода в детальную разведку отдельных частей месторождения
или отдельных его участков для выявления запасов высоких категорий
для I очереди строительства водозабора, для II очереди и т. д. В таких
случаях детальная разведка может ограничиваться объектами, наме-
чаемыми только для первоочередного использования. Например, при
наличии ряда изолированных друг от друга водоносных горизонтов,
залегающих на различных глубинах, при детальной разведке наиболее
тщательно могут быть изучены только верхние, или имеющие наиболь-
шее практическое значение, горизонты и запасы по ним подсчитаны
в основном по высоким категориям; по нижним, или второстепенным,
водоносным горизонтам разведка и опробование могут быть проведены
в меньшем объеме, позволяющем оценить по ним запасы только по
низким категориям с тем, чтобы в будущем их доразведать для строи-
тельства II очереди водозабора.
10
При детальной разведке намечаемого под водозабор участка произ-
водится специализированное обследование участка водозабора и непо-
средственно прилегающей к нему территории с бурением разведочных,
разведочно-эксплуатационных и наблюдательных скважин. Кроме того,
проводятся гидрометрические работы, наблюдения за режимом под-
земных вод, а также откачки из скважин, приобретающие при деталь-
ной разведке основной, главный вид гидрогеологических работ.
На стадии детальной разведки буровые скважины закладываются
применительно к намеченной схеме водозабора. Диаметр разведочно-
эксплуатационных скважин выбирается таким, чтобы эти скважины
можно было использовать при эксплуатации подземных вод.
Опытные откачки проводятся из всех разведочных и разведочно-
эксплуатационных скважин и имеют целью уточнение значений гидро-
геологических параметров водоносных пластов, зависимостей между
дебитом и понижением уровня воды и величин срезок для расчетов
взаимодействия скважин; соответственно назначению откачки могут
быть проведены из отдельных или одновременно из группы скважин
(одиночные, кустовые, групповые).
Во всех пробуренных на участке намечаемого водозабора разве-
дочных и разведочно-эксплуатационных скважинах, вскрывших тре-
щиноватые или закарстованные водовмещающие породы, производится
комплекс геофизических исследований для установления мощности и
степени водоносности этих пород. Применение комплекса геофизических
исследований является совершенно обязательным при бурении глубоких
скважин (роторных, турбинных); в этих случаях геофизические исследо-
вания наряду с обычными способами документации и наблюдений при
бурении скважин могут оказаться основными для определения мощно-
сти, состава и водопроводящих свойств водовмещающих пород. Геофи-
зические исследования в скважинах предшествуют опытным откачкам
или выпускам.
При разведке месторождений подземных вод или участков, распо-
ложенных в долинах рек, должны быть проведены гидрометрические
работы для установления расхода поверхностных вод, а также степени
взаимосвязи поверхностных вод с подземными.
Изучение физических свойств, химического состава и бактериологи-
ческого состояния подземных и поверхностных вод должно быть доста-
точным для освещения качества отбираемых вод во времени как непо-
средственно на участке намечаемого водозабора, так и при разнородном
составе подземных вод — в соседних с ним зонах (по площади и
в разрезе).
По материалам обследования и данным, полученным при разведке,
составляются гидрогеологические карты (гидроизогипс, гидрохимичес-
кая, глубин залегания подземных вод и т. п.) разведанного участка
в масштабе 1:5000—1:10 000 или 1:25 000 на инструментальной
топографической основе соответствующего масштаба. На них наносятся
(в соответствии с содержанием карты) все скважины и источники, для
которых необходимо определить координаты в принятой для топоосновы
системе; последние должны быть сведены в специальные ведомости.
На карты наносятся также промышленные объекты, населенные пункты
и другие объекты, которые могут служить источником загрязнения оце-
ниваемого водоносного горизонта.
При разведке на участках действующих водозаборов (для их рас-
ширения или реконструкции) должны быть организованы наблюдения
за режимом их работы, а также заложены наблюдательные скважины
для установления глубины и границ распространения в плане депрес-
сионной воронки, вызванной эксплуатацией подземных вод.
11
КАТЕГОРИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
Использование подземных вод в народном хозяйстве нашей страны
регламентируется правительственными органами. Постановлением
Совета Министров СССР от 22 декабря 1950 г. установлено, что
с 1 октября 1951 г. проектирование и строительство новых и расширение
действующих предприятий, связанных с использованием подземных
вод, возможно только при наличии утвержденных запасов подземных
вод Государственной или территориальными комиссиями по запасам
полезных ископаемых. Без утверждения запасов проектирование и
строительство разрешено только в тех случаях, когда объем проекти-
руемых капиталовложений на устройство водозаборов и каптажей не
превышает 500 тыс. рублей, а для объектов железнодорожного транс-
порта— 1 млн. рублей( в современных ценах).
Постановлением Совета Министров СССР от 12 августа 1960 г.
установлены основные положения действующей в настоящее время
классификации эксплуатационных запасов подземных вод. Согласно
этим положениям: 1) по народнохозяйственному значению запасы под-
земных вод подразделяются на две группы: балансовые и забалансо-
вые; 2) в зависимости от степени разведанности, изученности, качества
и условий разработки запасы подразделяются на четыре категории:
А, В, Ci и С2; 3) составление проектов и выделение капитальных вло-
жений на строительство новых и реконструкцию действующих водоза-
борных сооружений и предприятий, использующих подземные воды,
производятся при наличии утвержденных Государственной комиссией
по запасам полезных ископаемых (ГКЗ при СМ СССР) или в соответ-
ствующих случаях территориальными комиссиями по запасам полезных
ископаемых (ТКЗ) эксплуатационных запасов подземных вод катего-
рий А и В, при этом запасы кат. А должны составлять не менее 50%
этого количества; 4) возможность проектирования и строительства
водозаборных сооружений при наличии меньших количеств запасов
кат. А или В против количеств, определяемых указанным выше соотно-
шением, устанавливается ГКЗ (или в соответствующих случаях ТКЗ)
при утверждении запасов; 5) в процессе проектирования при определе-
нии возможных перспектив расширения водозаборных сооружений
должны учитываться запасы подземных вод кат. Сь
Под балансовыми понимаются запасы, использование которых
экономически целесообразно и которые должны удовлетворять конди-
циям, т. е. требованиям к качеству вод для данного назначения и
заданным условиям режима эксплуатации, под забалансовыми —
запасы, использование которых в настоящее время экономически
нецелесообразно: из-за малого количества, несоответствия качества
заданному назначению, особо сложных условий эксплуатации или тех-
нологии извлечения ценных компонентов. Однако они могут рассматри-
ваться как объект использования в будущем.
ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИССИИ ПО ЗАПАСАМ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ К ОБОСНОВАНИЮ ЗАПАСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО РАЗЛИЧНЫМ КАТЕГОРИЯМ
Из сопоставления классификации эксплуатационных запасов под-
земных вод с составом работ при различных стадиях гидрогеологичес-
ких исследований следует, что для обоснования запасов категорий А
и В на участках намечаемых водозаборов в большинстве случаев тре-
буется проведение детальной разведки; запасы категорий Ci и С2,
кроме того, могут обосновываться данными предварительной разведки
и поисковых работ.
12
В составленной ГКЗ Инструкции по применению классификации
эксплуатационных запасов подземных вод (1962) указывается, что
в обоснование подсчета запасов кат. А могут быть включены только
те скважины, по которым в результате опробования опытными, опытно-
эксплуатационными откачками (выпусками) или в процессе эксплуата-
ции (в случае расширения действующих водозаборов) получены досто-
верные исходные данные для расчета производительности водозабора
и соответствующими анализами подтверждена пригодность вод для
использования по заданному назначению.
Запасы кат. А подсчитываются в пределах намечаемого под водо-
забор участка по суммарному фактическому дебиту скважин, установ-
ленному одиночными, групповыми опытными откачками или в процессе
эксплуатации. При сложных гидрогеологических условиях и гидрохими-
ческой обстановке, ограниченных возможностях обеспеченного воспол-
нения запасы кат. А должны быть обоснованы данными длительных
опытно-эксплуатационных откачек, устанавливающих постоянство
количества и качества отбираемой воды во времени, а в случае неуста-
новившегося режима — динамику снижения уровней воды в скважинах
при эксплуатационных дебитах.
На месторождениях с благоприятными условиями для обеспеченного
восполнения допустимо отнесение к кат. А запасов, соответствующих
суммарному дебиту, установленному разновременными опытными от-
качками из одиночных скважин с учетом их взаимодействия или рас-
считанных по экстраполяции данных откачек, исходя из выявленной
зависимости дебитов и понижений. При этом максимальная экстрапо-
ляция не должна превышать двукратных величин понижений, достигну-
тых при откачках.
Эксплуатационные запасы кат. В подсчитываются в пределах раз-
веданного участка проектируемого водозабора по данным откачек из
скважин, применительно к намечаемой схеме водозабора. В обоснова-
ние подсчета запасов кат. В могут быть включены разведочные сква-
жины, опробованные одиночными опытными откачками, а также
скважины, обосновывающие запасы кат. А. В соответствии с этим
запасы кат. В могут быть подсчитаны: 1) по суммарному фактическому
дебиту, установленному разновременными опытными откачками из
одиночных разведочных скважин с учетом их взаимодействия; 2) по
суммарному расчетному дебиту скважин, опробованных для обоснова-
ния запасов кат. А, при понижениях уровней, ббльших против факти-
чески достигнутых, и с учетом влияния их друг на друга; 3) по расчет-
ной производительности водозабора при понижениях уровней опробо-
ванных скважин, ббльших против фактически достигнутых, или введе-
нием в расчет дополнительных проектных скважин, которые могут быть
размещены на участке в соответствии с принятой схемой водозабора.
Расчеты дебитов отдельных скважин и производительности груп-
повых водозаборов с использованием экстраполяции на глубину и по
площади могут производиться в основном на детально разведанных
участках с относительно однородными гидрогеологическими условиями,
исходя из выявленных зависимостей дебита от понижения, коэффициен-
тов фильтрации, взаимодействия между скважинами и других расчет-
ных параметров, установленных опытными и опытно-эксплуатационными
откачками, обосновывающими запасы кат. А. При этом экстрополяция
на глубину не должна превышать 2—3-кратную величину от фактически
достигнутых понижений, но в пределах допустимых величин, опреде-
ляемых гидрогеологическими или технико-экономическими факторами,
экстраполяция по площади должна быть обоснована данными, подтвер-
ждающими устойчивость фильтрационных свойств водовмещающих
пород, мощность водоносного горизонта и качество подземных вод
з расчетной зоне влияния водозабора.
13
Эксплуатационные запасы кат. Ci подсчитываются в пределах оце-
ниваемой площади, исходя из общих гидрогеологических условий, дан-
ных пробных откачек из поисковых и разведочных скважин различных
назначений и общих естественных водных ресурсов, которые могут слу-
жить источником восполнения эксплуатационных запасов.
При определении количества запасов кат. Cj в зависимости от спо-
соба подсчета можно исходить:
1)	из величин расхода естественного потока, баланса подземных
вод и статических запасов оцениваемых водоносных горизонтов, с уче-
том других возможных источников восполнения, которые в процессе
эксплуатации подземных вод могут быть привлечены к питанию водо-
заборов;
2)	из аналогии оцениваемой площади с более изученными участ-
ками проектируемых или действующих водозаборов по удельной про-
изводительности на единицу площади или ширину сечения потока;
3)	из гидрогеологической обоснованной расчетной экстраполяции
к запасам более высоких категорий. Пределы экстраполяции на глу-
бину не должны превышать: для грунтовых вод—половины мощности
водовмещающих пород; для неглубоких напорных вод — кровли водо-
носного горизонта; для глубоко залегающих напорных вод — технически
возможную глубину водоотбора.
Во всех случаях эксплуатационные запасы подземных вод кат. Ci
не должны превышать потенциальных возможностей естественных
водных ресурсов, потребных для их восполнения.
При подсчете эксплуатационных запасов кат. С2 в зависимости от
конкретных гидрогеологических условий можно исходить из величин
динамических и статических запасов баланса подземных вод, гидрогео-
логической аналогии с более разведанными площадями и экстраполя-
ции к более высоким категориям. При определении запасов кат. С2
могут быть использованы материалы опробования подземных вод по
любым имеющимся на оцениваемой площади эксплуатационным или
разведочным выработкам (скважинам, шахтам, колодцам и пр.) и
источникам, вскрывающим данный водоносный горизонт.
Глава II
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Разведка подземных вод должна проводиться в тесной увязке
с методикой оценки эксплуатационных запасов.
Оценка запасов формально является элементом камеральной обра-
ботки материалов, однако если гидрогеолог не задумается заранее,
каким методом и по какой расчетной схеме ему предстоит оценивать
запасы, это неизбежно приведет либо к излишествам, либо к недоста-
точности выполнения разведочных работ.
На основании данных поисковых работ, а при достаточной изучен-
ности района — по данным архивных и литературных материалов
можно, как правило, составить необходимое представление о геологи-
ческом строении и гидрогеологических условиях района для того, чтобы
наметить метод оценки запасов и расчетную схему, которая должна
уточняться и может даже радикально пересматриваться по мере накоп-
ления материалов в процессе разведки.
В данном руководстве представляется целесообразным остановиться
на некоторых общих вопросах методики оценки эксплуатационных
запасов.
Оценка эксплуатационных запасов подземных вод заключается
в получении доказательств возможности эксплуатации подземных вод
при заданном дебите водозабора и удовлетворяющем потребителя ка-
честве воды в течение определенного срока его работы (принимается
обычно 25—30 лет) или неограниченно долгое время. Эта задача в ко-
нечном итоге сводится к прогнозу понижений динамических уровней
воды в скважинах водозабора.
Оценка эксплуатационных запасов подземных вод производится
следующими методами: 1) гидродинамическими; 2) гидравлическими;
3) балансовыми. Ниже приводится краткая характеристика этих мето-
дов, их относительных достоинств и недостатков, а также даются реко-
мендации по совместному применению этих методов (что наиболее
эффективно) в различных гидрогеологических условиях.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Оценка эксплуатационных запасов подземных вод гидродинамичес-
кими методами заключается в расчетах по соответствующим формулам,
выведенным из основных уравнений математической физики и теорети-
ческой гидродинамики, а также путем моделирования на аналоговых
машинах.
Основным достоинством гидродинамических методов является
возможность прогнозировать изменение динамических уровней воды
в скважинах водозабора в процессе его эксплуатации, т. е. получить
доказательство обеспеченности эксплуатационных запасов во времени.
15
Дифференциальные уравнения гидродинамики учитывают сопро-
тивления движению воды в пласте и водный баланс в каждом беско-
нечно малом элементе потока, а при интегрировании — в потоке в целом
в пределах заданных границ. Поскольку эти уравнения одновременно
являются и динамическими и балансовыми, формулы гидродинамики
учитывают баланс подземных вод и, в частности, возобновляемость
запасов в естественных и эксплуатационных условиях.
Граничные условия характеризуют связь водоносного пласта
с окружающей средой (атмосферой, поверхностными водами, покры-
вающими и подстилающими пластами). Тип граничных условий опреде-
ляет закономерности режима подземных вод в районе водозабора, ско-
рость снижения уровней воды в скважинах водозабора во времени,
взаимодействие скважин группового водозабора и пр. Не зная гранич-
ных условий, невозможно оценить обеспеченность запасов на тот или
иной срок их использования или на неограниченно долгий срок
эксплуатации.
Ниже рассмотрены основные типы граничных условий водоносных
пластов под углом зрения их влияния на формирование депрессионных
воронок и эксплуатационные запасы подземных вод.
Следует различать границы водоносного пласта в разрезе (верхние
и нижние границы пласта) и в плане (контуры пласта).
На верхней границе водоносного пласта различают, как известно,
напорные и безнапорные (со свободной поверхностью) подземные воды.
Принципиальным отличием этих видов границ является то, что при
эксплуатации водозабора в безнапорных водах всегда происходит то
или иное осушение пласта, поэтому мощность пласта уменьшается.
Если пласт неоднороден, то при его осушении происходит изменение
средней величины коэффициента фильтрации. Депрессия, создаваемая
откачкой, распространяется в напорных водах значительно быстрее,
чем в безнапорных водах.
На верхней границе водоносного пласта со свободной поверхностью
подземных вод могут иметь место следующие условия: 1) питание ин-
фильтрацией атмосферных осадков; 2) испарение с поверхности подзем-
ных вод; 3) отсутствие питания и испарения.
В первом и третьем случаях условия на поверхности подземных
вод при эксплуатации сохраняются, во втором — могут измениться,
так как при образовании депрессионной воронки происходит увеличение
глубины залегания подземных вод, что может привести к уменьшению
или прекращению испарения.
Если условия на поверхности подземных вод при эксплуатации не
изменяются, то депрессия с течением времени распространяется до
контура водоносного пласта, после чего в зависимости от характера
этого контура движение продолжает оставаться неустановившимся и
динамические уровни в скважинах снижаются или происходит стаби-
лизация.
В тех случаях, когда испарение с поверхности грунтовых вод при
эксплуатации уменьшается, то, независимо от характера контура пла-
ста, может произойти стабилизация депрессионной воронки (если умень-
шение расхода воды на испарение станет равным дебиту водозабора).
Подобные условия особенно типичны для аридной зоны, но встре-
чаются и в областях избыточного увлажнения. Так, на широких и
плоских междуречных пространствах в области развития зандровых
песков грунтовые воды на ряде участков залегают весьма близко от
поверхности земли. Вследствие малой мощности зоны аэрации в летний
период значительное количество грунтовых вод испаряется. При экс-
плуатации водозабора освобождается емкость, которая может запол-
няться просачивающейся водой, до этого бесполезно расходовавшейся
на испарение.
16
На нижней границе водоносного пласта со свободной поверхностью,
а также в кровле и подошве пласта, к которому приурочены напорные
воды, могут быть два типа граничных условий: 1) ограничивающий слой
водоносного пласта практически непроницаем; 2) ограничивающий слой
в той или иной мере проницаем и через него осуществляется гидравли-
ческая связь с другим водоносным горизонтом.
Случаи абсолютной непроницаемости кровли или подошвы водо-
носных горизонтов, т. е. полной изоляции их от выше- и нижерасполо-
женных горизонтов, являются в природе скорее исключением, чем
правилом. Они относятся главным образом к глубоко залегающим
горизонтам, ограниченным мощными пластами глин, сильно уплотнен-
ных давлением вышележащих пород. В зоне активного водообмена,
представляющей наибольший интерес для водоснабжения благодаря
хорошему качеству подземных вод, преобладают условия, при которых
водообмен по вертикали возможен. Примерами могут служить водонос-
ные горизонты ледниковых отложений Белоруссии, водоносные гори-
зонты третичных отложений Западно-Сибирской низменности и др.
В зависимости от соотношений напоров в рассматриваемом гори-
зонте (который предполагается эксплуатировать) и смежных горизонтах
в естественных условиях возможно подпитывание или, наоборот, потеря
воды из данного горизонта в выше- или нижезалегающие водоносные
горизонты. Важно заметить, что дебит водозабора, когда водоносный
горизонт ограничен слабо проницаемыми слоями, а не «идеальными»
водоупорами, будет при прочих равных условиях всегда больше. Если
водоносный горизонт до эксплуатации получал подпитывание, то при
его эксплуатации подпитывание усилится, так как перепад напоров воз-
растет. Если водоносный горизонт в естественных условиях отдавал
воду в другой горизонт, то потеря воды из него при эксплуатации
уменьшится или даже сменится питанием (в случае, когда пьезометри-
ческие отметки депрессионной поверхности окажутся ниже отметок
напора в смежном водоносном горизонте). Следовательно, пренебрегая
вертикальной взаимосвязью горизонтов и пользуясь при расчетах фор-
мулами, выведенными из предположения водонепроницаемости кровли
и подошвы пласта, мы во всех случаях будем иметь некоторый «запас
прочности» расчета водозабора.
Рост депрессионной воронки в условиях, когда возможно перетека-
ние, происходит значительно медленнее, чем при изоляции горизонтов.
Если напор воды в водоносном горизонте, из которого происходит пере-
текание, практически не изменяется, то понижения уровней воды в сква-
жинах во времени стремятся к некоторому пределу, зависящему от
соотношений коэффициентов фильтрации водоносного горизонта и раз-
деляющих слоев, а также от их мощностей.
Наряду с положительным влиянием перетекания оно может приво-
дить и к нежелательным последствиям, если водоносные горизонты, из
которых при эксплуатации возникнет или усилится перетекание, содер-
жат воду недопустимо высокой минерализации или вредные элементы.
Граничные условия в плане также оказывают весьма существенное
влияние на величину эксплуатационных запасов подземных вод. Типи-
зация этих граничных условий производится по признаку постоянства
или изменения напора и расхода подземных вод на границе в условиях
эксплуатации. До тех пор, пока депрессия, вызываемая эксплуатацией
водозабора, не распространится до границ водоносного пласта, послед-
ние не влияют на режим подземных вод, и пласт может рассматри-
ваться как практически неограниченный. Во многих случаях это условие
соблюдается на весь период эксплуатации, применительно к которому
и производится оценка эксплуатационных запасов подземных вод.
Если водоносный пласт примыкает к поверхностному водотоку
или водоему, с которым подземные воды имеют непосредственную гид-
2 Зак. 627	1 7
равлическую связь, то напор на границе пласта определяется положе-
нием горизонта воды в реке, озере и т. п. и не изменяется при эксплуа-
тации водозабора. Подобного рода граница называется границей
с постоянным напором (Н=const), причем слово «постоянный» в дан-
ном случае надо понимать не в смысле неизменности напора во времени
(напор меняется при изменении горизонта реки или озера), а в смысле
его независимости от работы водозабора. Если река имеет меженный
расход, меньший, чем дебит водозабора, то может происходить периоди-
ческое осушение ее русла, т. е. изменение граничного условия. Расход
потока подземных вод на границе водоносного пласта при эксплуатации
может изменяться не только по величине, но и по знаку. Так, если
в естественных условиях поток грунтовых вод был направлен к реке,
то при эксплуатации водозабора может возникнуть течение в противо-
положном направлении — от реки в глубь берега.
Другой тип границы характеризуется примыканием водоносного
пласта к водоупорным породам. В этих условиях под влиянием откачки
напор на границе водоносного пласта будет понижаться, но расход под-
земных вод на границе не изменится (Q = const). Представим себе, что
с водоупорного цоколя из водоносного горизонта стекает вода и посту-
пает в другой водоносный горизонт, не имеющий гидравлической связи
с первым. Совершенно ясно, что откачка из нижнего водоносного гори-
зонта не может изменить расхода потока на его границе. При отсутст-
вии притока из вышерасположенного горизонта постоянный расход
воды на границе пласта равен нулю. Этот «частный» случай является
весьма распространенным в природе, так как обычно расход воды на
водоупорной границе очень мал и им можно пренебречь.
Тип граничных условий оказывает решающее влияние на процесс
формирования депрессионной воронки. Первое время, пока понижение
уровня не распространилось до границы пласта, последние практически
не влияют на формирование депрессионной воронки, и она развивается
так же, как в неограниченном пласте. С течением времени влияние
границ пласта все больше усиливается, причем оно принципиально раз-
лично в зависимости от того, являются ли границами реки (условие
постоянства напора) или водоупорные породы (постоянство расхода).
В некоторых гидрогеологических условиях при эксплуатации водо-
забора изменяются и расход, и напор потока на границе. Такие условия
свойственны, например, конусам выноса, сложенным в верхней части
склона преимущественно галечниками, а в нижней — мелкозернистыми
суглинистыми породами. Подземные воды в галечниках испытывают
подпор, и на контакте с суглинками выходят источники. В процессе
эксплуатации водозабора, расположенного вблизи выхода источников,
дебит последних будет постепенно уменьшаться, т. е. расход потока на
границе окажется переменным, при этом напор, соответствующий от-
метке выхода источников, сохранится. Однако через некоторое время
источники могут иссякнуть; расход на границе станет равным нулю,
а напор будет падать во времени. Следовательно, эксплуатация подзем-
ных вод конуса выноса сопровождается изменением на границе как
расхода, так и напора подземных вод.
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод в описанных
выше условиях необходимо учитывать расход естественного потока
подземных вод.
Таким образом, можно различать четыре основных типа границ
водоносного пласта в зависимости от изменения граничных условий
при эксплуатации подземных вод:
1)	напор и расход на границе постоянные (неограниченный пласт);
2)	напор постоянный, расход изменяется;
3)	напор изменяется, расход постоянный;
4)	напор и расход изменяются.
18
В первых трех случаях при применении гидродинамических методов
оценки запасов подземных вод нет необходимости оценивать отдельно
питание подземных вод, так как установление положения депрессион-
ной поверхности в естественных условиях, учитывающее это питание,,
достаточно для прогноза понижений динамических уровней воды в сква-
жинах во времени. В четвертом случае, когда при эксплуатации изме-
няются и напор, и расход воды на границе, требуется помимо этого
независимое определение питания водоносного горизонта или расхода
подземного потока в естественных условиях.
Работа водозабора может находится под влиянием одной, несколь-
ких или всех границ, оконтуривающих область распространения водо-
носного пласта. При этом выделяются следующие основные типовые
схемы граничных условий.
1.	Снижение динамических уровней в процессе эксплуатации под-
чиняется логарифмической зависимости — неограниченные пласты.
2.	На работу водозабора оказывает влияние только одна граница,
остальные удалены за пределы возможного влияния откачки, а потому
рассматриваются как находящиеся «в бесконечности». Такие пласты
называются полуограниченными. Различают полуограниченные пласты
с постоянным напором (реки, озера и т. п.) и с постоянным расходом
(контакт с водоупорными породами). В первом случае через некоторое
время происходит стабилизация динамических уровней (установившееся
движение), во втором — уровни непрерывно снижаются во времени,
по логарифмической зависимости, но в более быстром темпе, чем
в неограниченном пласте. ।
3.	Режим работы водозабора зависит от влияния двух более или
менее параллельных границ, остальные две границы рассматриваются
как бесконечно удаленные от водозабора, который располагается как бы
в полосе (пласт-полоса). Различают три вида этих граничных условий:
1) пласт ограничен с двух сторон границами с постоянным напором
(междуречье); 2) одна граница характеризуется постоянным напором,
другая — постоянным расходом (терраса, ограниченная с одной сто-
роны руслом реки, с другой — непроницаемыми коренными породами);
3) на обеих границах расход постоянный («сухие» долины Казахстана,
лишенные постоянных водотоков и ограниченные непроницаемыми
коренными породами).
В первом и во втором случаях через некоторое время наступает
практически установившееся движение, в третьем — происходит пони-
жение динамических уровней воды в скважинах, при этом более быстро,
чем в неограниченном пласте (по параболической, а не по логарифми-
ческой зависимости).
4.	При работе водозабора его влияние распространяется до всех
границ водоносного пласта (ограниченный пласт). В ограниченном
водоносном пласте влияние границ особенно резко.
Если пласт оконтурен границей с постоянным напором (участок
поймы между рекой и старицей, остров), то движение подземных вод
при их эксплуатации быстро становится установившимся. Наоборот,
при ограничении пласта водоупорными породами (отдельные синкли-
нальные и антиклинальные структуры Казахстана) понижение динами-
ческих уровней после распространения депрессии до границ пласта
происходит с постоянной скоростью, т. е. не затухает во времени.
Установление типа граничных условий в разрезе и в плане является
важнейшей задачей гидрогеологических съемок и разведок. Эта
задача не менее важная, чем определение характеристик водоносного
пласта, подземные воды которого предполагается эксплуатировать. При
разведке необходимо изучать напоры и химический состав воды в по-
этажно расположенных горизонтах, если имеются гидрогеологические
предпосылки для связи этих горизонтов непосредственно (через про-
2*	19
:мывы и «окна» в водоупорах) или путем перетекания через разделяющие
относительно слабо проницаемые слои, при этом наиболее ценные дан-
ные могут быуь получены при изучении режима подземных вод в есте-
ственных и особенно нарушенных эксплуатацией условиях.
При бурении следует тщательно документировать относительно
водоупорные слои, лежащие в кровле и подошве намечаемого для
эксплуатации водоносного горизонта, обращать внимание на степень
их трещиноватости; из суглинисто-глинистых пород отбирать образцы
для определения коэффициентов фильтрации в лаборатории, при нали-
чии водоносных пропласток или линз — отбирать воду на химический
анализ и пр.
При характеристике граничных условий в плане следует уделить
особое внимание выяснению взаимосвязи подземных и поверхностных
вод. При производстве гидрогеологической съемки необходимо устано-
вить, имеется ли непосредственная гидравлическая связь подземных вод
с рекой, в какой мере она затруднена заилением дна реки и не приво-
дит ли это заиление к «подвешиванию» русла реки над горизонтом
подземных вод. Основным методом решения этой задачи является изу-
чение режима подземных вод в приречных зонах, а также опытные
•откачки с фиксацией депрессионной кривой по наблюдательным сква-
жинам, расположенным по лучу, перпендикулярному к реке.
Для оценки запасов подземных вод важнейшее значение имеют,
конечно, гидрогеологические свойства того пласта, подземные воды
которого предполагается эксплуатировать. Основными свойствами водо-
носного пласта являются: 1) способность пласта проводить воду;
2) способность с той или иной скоростью передавать изменение напора,
которое было обусловлено естественными причинами ( например, павод-
ком на реке, с которой водоносный пласт имеет гидравлическую связь)
или искусственными (откачка или нагнетание воды).
Гидрогеологическим параметром пласта, от которого зависит рас-
ход потока, является произведение коэффициента фильтрации на мощ-
ность пласта, называемое коэффициентом водопроводимости.
Если граничные условия таковы, что движение подземных вод
к водозабору через некоторое время (меньшее, чем срок амортизации
водозабора) станет практически установившимся (например, при распо-
ложении водозабора вблизи реки), то определение коэффициента
водопроводимости является достаточным для оценки эксплуатационных
запасов подземных вод.
Если при эксплуатации не произойдет стабилизации движения под-
земных вод, то для оценки запасов определение коэффициента водопро-
водимости необходимо, но недостаточно. В этих случаях следует опре-
делять гидрогеологические параметры, от которых зависит скорость
передачи напора в пласте и, следовательно, скорость развития воронки
депрессии, скорость снижения динамического уровня в скважинах водо-
забора и взаимодействия скважин.
Если водоносный пласт имеет свободную поверхность, то развитие
депрессионной воронки обязательно сопровождается осушением водо-
носного пласта, при этом чем больше водопроводимость пласта (выра-
жающаяся произведением коэффициента фильтрации горных пород на
мощность пласта), тем быстрее распространяется влияние откачки.
Наоборот, чем больше водоотдача пород, тем при прочих равных усло-
виях депрессия развивается медленнее, так как при том же объеме
откачанной воды объем осушенного пласта меньше. Эти закономерно-
сти, непосредственно вытекающие из дифференциального уравнения
неустановившегося движения подземных вод, давно подмечены на
практике. Так, например, известно, что при одинаковой длительности
откачки радиусы влияния при откачках из водоносных пластов, сло-
20
женных крупнозернистыми песками, больше, чем из пластов мелкозер-
нистых песков. В скальных породах, проницаемых по трещинам, общий
объем которых очень мал по сравнению с объемом пласта, депрессия
растет значительно быстрее, чем при откачке из водоносных песков,
галечников и других рыхлых пород, проницаемых по порам и обладаю-
щим большей водоотдачей.
Способность пласта передавать изменения уровня подземных вод.
со свободной поверхностью характеризуется коэффициентом уровне-
проводности, выражающим отношение водопроводимости пласта к во-
доотдаче пород. Значения коэффициентов уровнепроводности водонос-
ных горизонтов, используемых для водоснабжения, обычно выражают
порядком нескольких тысяч квадратных метров в сутки.
При откачке из напорных вод осушения пласта не происходит, и.
скорость развития депрессии регулируется иными процессами. Если бы
вода и порода водоносного пласта были бы абсолютно несжимаемыми,
а кровля и подошва напорного водоносного горизонта абсолютно непро-
ницаемыми, то всякое изменение напора, вызванное откачкой, распро-
странялось бы по водоносному пласту, как в твердом теле, т. е. со ско-
ростью звука (практически мгновенно). При этом понижение напора
подземных вод в зоне влияния откачки оказалось бы практически рав-
ным понижению напора в скважине, из которой производится откачка,,
т. е. градиенты потока, питающего скважины, были, бы близки к нулю,
и скважина через короткое время практически перестала бы давать-
воду. В действительности известно, что при откачке из напорных вод,,
хотя депрессионная кривая и развивается гораздо быстрее, чем при
откачке из безнапорных вод, но подобных явлений никогда не наблю-
дается.
Одним из факторов, вызывающих «торможение» развивающейся
депрессии, является то, что противодавление на кровлю водоносного
пласта при откачке уменьшается; под влиянием этого пласт сжимается
под весом вышележащих пород, и вода как бы выдавливается из пла-
ста в скважину. Таким образом, возникает своеобразный упругий режим
подземных вод, теорию которого наиболее полно и всесторонне разра-
ботал В. Н. Щелкачев. Упругие свойства воды и горных пород, опреде-
ляющие неустановившееся движение подземных вод в напорных усло-
виях, учитываются коэффициентом пьезопроводности, т. е. коэффициен-
том скорости распространения давления, величина которого прямо
пропорциональна коэффициенту фильтрации и убывает с увеличением
пористости пород и коэффициентов упругости воды и пород.
Значения коэффициента пьезопроводности превосходят коэффици-
ент уровнепроводности в сотни и тысячи раз, чем и объясняется значи-
тельно большая скорость развития депрессионных воронок в напорных
водах по сравнению с безнапорными.
При проведении опытных откачек, а также при анализе данных
эксплуатации водозаборов нередко оказывается, что скорость распро-
странения депрессии значительно меньше, чем это можно было бы
ожидать, исходя из значений коэффициента пьезопроводности, вычи-
сленного по теоретической формуле, учитывающей упругие свойства
воды и горных пород. Так, например, при коэффициенте пьезопроводно-
сти 106 nt2/сутки и времени эксплуатации водозабора 104 суток, приве-
денный радиус влияния откачки составил бы 150 км, тогда как
в реальных условиях радиусы влияния даже очень крупных эксплуати-
руемых десятилетиями водозаборов не превышают обычно 20—30 км.
«Несоответствие» теории упругого режима с данными практики
отнюдь не обусловлено какими-то погрешностями теории. Они связаны
с тем, что в теории упругого режима не учитывается влияние внешней
(по отношению к исследуемому пласту) среды.
21
Скорость передачи напора зависит не только от упругих свойств
воды и горной породы, слагающей водоносный пласт, но и от степени
проницаемости горных пород, залегающих в кровле и подошве пласта.
Понижение напора в пласте, обусловленное развитием пьезометри-
ческой депрессии при эксплуатации, может вызвать перетекание под-
земных вод из выше- и нижележащих водоносных горизонтов через отде-
ляющие их относительно слабо проницаемые слои, а тем более через
«окна». Благодаря этому скорость передачи изменения напора умень-
шается, а депрессия развивается медленнее, чем если бы этот процесс
обусловливался упругими свойствами пород и воды.
Так, например, в Московском артезианском бассейне скорость пере-
дачи напора в водоносном горизонте среднего карбона, имеющем ме-
стами связь с грунтовыми водами мезозойских и четвертичных отложе-
ний, примерно в 10 раз меньше, чем в нижнем карбоне, перекрытом
на огромной площади пластом глин верейского яруса.
Коэффициент пьезопроводности, определяемый в натуре (длитель-
ные откачки, наблюдение за восстановлением уровня после откачек,
нагнетания воды, анализ работы действующих водозаборов) является,
таким образом, параметром, характеризующим способность пласта
передавать изменения напора не только в зависимости от упругих
свойств пласта и воды, но и от гидрогеологической обстановки, в которой
пласт находится. Раздельный учет факторов, влияние которых обобща-
ется коэффициентом пьезопроводности, весьма труден, так как законо-
мерности движения воды в слабо проницаемых пластах, ограничиваю-
щих водоносный горизонт, и характер деформаций кровли очень слабо
изучены. В связи с этим для решения практических задач пользоваться
этим обобщением параметров пока вполне оправдано.
Помимо определения граничных условий и параметров водоносного
пласта для оценки эксплуатационных запасов подземных вод важно
знать так называемые начальные условия. Формулы неустановившегося
движения выведены при предпосылке, что движение подземных вод
в момент, от которого отсчитывается время использования запасов,
было установившимся, т. е. никакого «наследства» от предшествовав-
ших процессов не имеется. Такое условие в расчетах эксплуатацион-
ных запасов строго никогда не может быть соблюдено, так как уровни
подземных вод, как известно, непрерывно изменяются под влиянием
естественных и искусственных факторов.
Колебаниями напора подземных вод артезианских бассейнов под
влиянием естественных факторов можно во всех случаях пренебрегать,
учитывая их незначительную величину по сравнению с величинами
напоров. При оценке эксплуатационных запасов грунтовых вод естест-
венные колебания уровня следует учитывать, если их величина состав-
ляет свыше 10% мощности водоносного пласта. Это встречается, напри-
мер, в приречных зонах, где амплитуда колебаний уровня подземных
вод в годовом цикле может выражаться несколькими метрами (а иногда
свыше 10 м), в то время как мощность водоносного горизонта аллюви-
альных террас обычно не превышает 20—25 м, а также в карстовых
районах, характеризующихся большой водопроницаемостью и одновре-
менно малой емкостью массивов.
За начальную отметку уровня подземных вод, от которой отсчиты-
ваются понижения уровня при оценке запасов, следует принимать ту,
которая соответствует положению уровня подземных вод в периоды их
наиболее низкого стояния, что можно установить, основываясь на дан-
ных по изучению режима подземных вод.
При оценке эксплуатационных запасов в районах, в которых режим
подземных вод формируется под влиянием искусственных факторов
(эксплуатация водозаборов подземных вод, водоотлив из горных выра-
боток, подпор подземных вод в связи с гидротехническим строитель-
22
ством и т. п.), за начальные уровни могут быть приняты уровни, наблю-
денные при разведке. Кроме того, может быть дан прогноз их измене-
ния под влиянием уже действующих искусственных факторов. Допустим,
что в районе, в котором производится оценка эксплуатационных запасов
подземных вод, работает водозабор в условиях установившегося дви-
жения (дебит и уровни практически стабилизировались). В этом случае
при оценке эксплуатационных запасов уровни подземных вод, устано-
вившиеся в зоне влияния действующего водозабора, можно считать
как начальные условия. Если в районе действующего водозабора про-
должается формирование депрессионной воронки и уровни подземных
вод постепенно снижаются, то при оценке эксплуатационных запасов,
приняв наблюденные уровни за начальные, надо вместе с тем учесть
продолжающееся их снижение в течение периода, применительно к ко-
торому рассчитываются эксплуатационные запасы.
Высокую точность и теоретическую обоснованность формул гидро-
динамики нельзя отождествлять с реальной точностью оценки эксплуа-
тационных запасов подземных вод по этим формулам. Решающее зна-
чение имеет точность определения гидродинамических параметров
пластов и граничных условий. Основные гидрогеологические параметры
водоносных пластов существенно изменяются по площади, между тем,
произведя расчеты запасов по аналитическим формулам, приходится
по необходимости принимать их усредненное значение. Особенно боль-
шой может быть ошибка при усреднении коэффициента водопроводимо-
сти, величине которого дебит водозаборов прямо пропорционален. При
расчетах весьма упрощаются и граничные условия водоносных пластов:
контуры пласта в плане принимаются либо прямолинейными, либо
круговыми.
Существенное повышение точности оценки эксплуатационных
запасов подземных вод может быть достигнуто применением моделиро-
вания фильтрации на аналоговых машинах (сетчатые электроинтегра-
торы, метод ЭГДА, гидроинтегратор). В этом случае можно учесть
изменение водопроводимости пласта дифференцированно по площади,
отобразить сложную конфигурацию границ в пласте. Моделирование,
выполненное на основе данных предварительной разведки, способствует
повышению целенаправленности детальной разведки, позволяет выде-
лить наиболее перспективные участки для заложения водозаборов.
Моделирование, являющееся наиболее совершенной разновидно-
стью гидродинамического метода, весьма эффективно также для реше-
ния так называемых обратных задач, т. е. для определения гидрогео-
логических параметров пласта (коэффициентов водопроводимости,
пьезопроводности, уровнепроводности), для характеристики взаимосвязи
подземных вод с реками, оценки питания и т. д., основываясь на дан-
ных о положении депрессионной поверхности и ее изменениях во вре-
мени. Надо заметить, однако, что однозначность решения достигается
только в том случае, когда искомой величиной является одна из пере-
численных выше, а остальные определены независимо.
Применение моделирования целесообразно при сложных гидрогео-
логических условиях; в простых же условиях оценку эксплуатационных
запасов можно производить с достаточной для практики точностью
по соответствующим формулам.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Гидравлические методы расчета эксплуатационных запасов под-
земных вод при широком использовании эмпирических приемов основы-
ваются непосредственно на данных опыта. Гидравлика рассматривает
движения воды «усредненно», обобщенно. Так, например, связь между
дебитом и понижением уровня воды при откачке из скважины зависит
\	23
от сопротивлений движению воды в пласте в призабойной зоне, в
фильтре и трубе скважины. Учесть порознь эти сопротивления по соот-
ветствующим формулам теоретической гидродинамики принципиально
возможно, но полученные результаты могут оказаться далекими от
действительности из-за трудности определения исходных параметров.
Гораздо надежнее, как это и делается на практике, определять
зависимость понижения от дебита непосредстенным опытом — откачкой
из скважины при разных дебитах, т. е. воспользоваться гидравлическим
методом. По определенным при опытных откачках эмпирическим па-
раметрам можно прогнозировать динамические уровни применительно
к эксплуатационным дебитам путем построения «кривых дебита» по
соответствующим эмпирическим формулам.
Как известно, теоретическая зависимость понижения от дебита в
напорных водах является линейной, в безнапорных — параболической.
Пропорциональность величин дебита и понижения в напорных водах
обычно соблюдается с достаточной для практики точностью. Что
касается безнапорных вод, то там в связи с осушением водоносного пла-
ста при откачке изменяется не только его мощность (что учитывается
формулой), но и среднее значение коэффициента фильтрации, если
пласт неоднороден по вертикали. В случае, когда коэффициент филь-
трации пласта с глубиной увеличивается (пример — пойменный
аллювий речных долин), понижение при увеличении дебита меньше,
чем это следует по теоретической формуле. Наоборот, при уменьшении
водопрсводимости пласта с глубиной, что наблюдается, например, в
зоне выветривания трещиноватых пород, понижения с увеличением де-
бита растут быстрее, чем по теоретической формуле. Следовательно, в
неоднородном пласте экстраполяция данных опытных откачек для опре-
деления эксплуатационного понижения может приводить к ошибкам,
имеющим разный знак. В связи с этим при оценке эксплуатационных
запасов подземных вод в безнапорных условиях рекомендуется (особен-
но в карстовых районах) производить зональные опытные откачки или
дифференцированно исследовать водопроницаемость методом резисти-
виметрии.
Гидравлические методы применяются также для расчетов взаимо-
действия скважин, при этом наблюдаемые при опытных откачках
«срезки» уровней в соседних скважинах являются в некоторых случаях
более надежной основой для прогнозов их величины в условиях
эксплуатации, чем расчеты срезок по теоретическим формулам, при
усредненном значении коэффициента фильтрации для всего участка
водозабора. Гидравлический метод оценки взаимодействия скважин
может применяться при условии, что при опытных откачках достигнута
стабилизация уровней воды в зоне влияния откачки. В основном это
относится к оценке запасов на участках, расположенных вблизи рек,
озер и т. п.
При длительной эксплуатации водозабора, состоящего из большого
числа скважин, образуется обширная и глубокая депрессия пьезомет-
рической или свободной поверхности подземных вод. На основании
данных о суммарном дебите скважин и понижений уровней воды на
участке водозабора за ряд лет можно построить кривую дебита водо-
забора, рассматривая его как единый «большой колодец», и экстрапо-
лировать эту кривую применительно к намечаемому увеличению дебита
водозабора. Этот прием является приближенным, при этом он не дает
«инженерного запаса» в расчетах, так как одновременно с увеличением
дебита происходит развитие депрессии во времени, связанное с не-
установившимся характером движения подземных вод. Поэтому указан-
ный метод оценки эксплуатационных запасов, строго говоря, применим,
когда водозабор работает в условиях установившегося движения
(например, приречные водозаборы). Однако с некоторой условностью
24
этим методом можно пользоваться и в тех случаях, когда водозабор
эксплуатируется длительное время и понижения уровней воды во време-
ни изменяются несущественно, так как зависимость понижения от вре-
мени логарифмическая.
В заключение еще раз подчеркнем, что основным достоинством
гидравлических методов является возможность производить оценку за-
пасов, не прибегая к определению параметров, весьма сильно варьирую-
щих по площади, а потому в некоторых случаях (например, карст)
трудно поддающихся усреднению.
Исходные данные для экстраполяции гидравлическим методом—это
непосредственно фиксированные понижения и дебиты при опытных
и эксплуатационных откачках. Основным недостатком гидравлических
методов является невозможность прогнозировать изменения понижений
уровня в скважинах водозабора в процессе его эксплуатации, т. е. невоз-
можность доказать обеспеченность восполнения эксплуатационных запа-
сов подземных вод, так как экстраполяционные формулы не включают
величин, характеризующих баланс потока.
Поэтому гидравлическими методами можно оценивать эксплуата-
ционные запасы, лишь применяя их совместно с гидродинамическими
или балансовыми методами.
БАЛАНСОВЫЕ МЕТОДЫ
Сущность балансовых методов заключается в следующем.
Объем воды, извлеченной водозабором за тот или иной период его
эксплуатации, равен сумме объемов воды, полученной за счет: 1) запа-
сов, накопленных в земной коре (естественные или статистические
запасы); 2) питания водоносного горизонта, обусловливающего возоб-
новление запасов (естественные ресурсы или динамические запасы);
3) увеличения питания водоносного горизонта, вызванного формирова-
нием воронки депрессии (фильтрация воды из рек, уменьшение испаре-
ния с поверхности грунтовых вод).
Как отмечалось выше, при оценке эксплуатационных запасов под-
земных вод гидравлическими методами нет необходимости определять
элементы баланса подземных вод, так как баланс потока учитывается
в каждом бесконечно малом его элементе. Решая задачу гидродинами-
ческими методами, можно определить понижения уровня воды при
эксплуатации водозабора в любой точке водоносного пласта (в том
числе в скважинах водозабора) на любой момент времени.
При применении балансового метода можно судить о средней для
всего балансового района величине изменения уровня подземных вод,
но нельзя прогнозировать понижения уровня воды в водозаборе, т. е.
доказать обеспеченность использования подземных вод во времени дан-
ным водозабором. По приведенным соображениям балансовые методы
при оценке эксплуатационных запасов подземных вод в большинстве
случаев являются подсобными и должны применяться совместно с
другими методами (гидродинамическими и гидравлическими). Однако
в некоторых условиях применение балансовых методов для оценки за-
пасов оказывается весьма важным вследствие изменчивости и неусред-
няемости значений коэффициентов водопроводности (например, в кар-
сте). Балансовые расчеты требуются также при небольшой площади
распространения водоносного горизонта для определения его емкости
и питания.
В сложившихся условиях расстояния между водозаборами под-
земных вод, как правило, превышают удвоенные величины измеримых
радиусов влияния водозаборов, которые работают практически без
взаимодействия. По этой причине при оценке водообеспеченности того
или иного отдельно взятого водозабора большей частью нет необходи-
25
мости оценивать гидрогеологический баланс водоносного горизонта
в целом. Однако такая необходимость возникает, если расходы водоза-
боров соизмеримы с эксплуатационными ресурсами водоносного гори-
зонта в целом (т. е. в случае необходимости провести оценку ресурсов
в региональном плане).
В зависимости от постановки задачи региональная оценка ресур-
сов производится либо применительно к конкретному расположению
намечаемых водозаборов (решение сводится к расчету системы взаимо-
действующих водозаборов, каждый из которых принимается за
«большой колодец»), либо применительно к повсеместному и равномер-
ному размещению по площади водозаборных скважин по некоторой
сетке (например, с расстоянием между скважинами 3—-5 км). Если
представить себе, что все скважины введены в действие одновременно,
то при длительной эксплуатации (особенно в напорных водоносных
горизонтах) сопротивление движению воды в пластах становится вто-
ростепенным фактором, и гидродинамические уравнения «вырождаются»
в балансовые зависимости. В связи с этим при региональной оценке
ресурсов подземных вод балансовые методы приобретают большое
значение.
При расчетах балансовыми методами убыль воды из водоносного
горизонта относится ко всему балансовому району, и понижения условно
считаются одинаковыми в пределах этого района (включая участок
водозабора). Для сопоставления дебита водозабора с запасами подзем-
ных вод и их восполнением необходимо знать контуры водоносного
горизонта и области, в пределах которых линии токов подземных вод
при эксплуатации будут направлены к водозабору. Если эта область
охватывает весь водоносный горизонт, то границы площади распростра-
нения горизонта являются одновременно контурами балансового района.
Таковы условия, например, небольших артезианских бассейнов подзем-
ных вод горноскладчатых структур, конусов выноса, аллювиальных
отложений «сухих» долин, заложенных в непроницаемых коренных
породах. Если область питания водозабора меньше площади распро-
странения водоносного горизонта, то установление границ балансового
района является достаточно условным.
СОВМЕСТНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Каждый из рассмотренных методов оценки эксплуатационных запа-
сов подземных вод (гидродинамический, гидравлический, балансовый)
имеет свои достоинства и недостатки, поэтому целесообразно приме-
нять их совместно.
Весьма эффективно одновременное применение гидравлического
и гидродинамического методов (в необходимых случаях с применением
моделирования). Гидравлическим методом определяются понижения
уровней воды в скважинах и в зоне их влияния, которые затем пере-
считываются применительно к намеченным эксплуатационным дебитам
скважин. С помощью гидродинамических методов эти понижения, соот-
ветствующие длительности опытной откачки, могут быть экстраполиро-
ваны во времени на весь срок эксплуатации водозабора. Важно под-
черкнуть, что в этом случае погрешность от усреднения гидрогеологи-
ческих параметров гораздо меньше.
При применении гидравлического метода совместно с балансовым
дебит водозабора рассчитывается отдельно от возможного восполнения
запасов, и требуется лишь соблюдение равенства этих величин. Прогноз
понижений уровней воды в скважинах во времени этими методами сде-
лать нельзя. При использовании гидродинамического метода приток
воды к водозабору, осушение пласта и питание водоносного пласта
26
рассматриваются как единый процесс, изменяющийся во времени. Сле-
довательно, совместное использование балансового и гидравлического
методов, вообще говоря, менее эффективно, чем применение гидродина-
мического метода с привлечением гидравлического. Однако в тех слу-
чаях, когда гидрогеологические параметры пласта недостаточно опре-
делены^ например, в карсте), более целесообразно совместное приме-
нение гидравлических и балансовых методов.
Наконец, в особо сложных гидрогеологических условиях, при
незначительных размерах области питания, резко выраженной неравно-
мерности питания во времени, небольшой величине естественных запа-
сов подземных вод целесообразно для взаимного контроля совместное
применение всех методов и особенно моделирования.
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Оценка эксплуатационных запасов подземных вод гидродинами-
ческим методом сводится к прогнозу производительности водозабора,
т. е. к прогнозу изменения уровня подземных вод при заданном дебите
водозабора в течение срока эксплуатации. Решение этой задачи обычно
проводится в следующей последовательности.
1.	Задается дебит одиночной скважины, исходя из данных опытных
работ с учетом имеющегося опыта эксплуатации и возможностей насос-
ного оборудования.
2.	Определяется количество водозаборных скважин и система их
расположения в соответствии с принятым дебитом скважины и общей
потребностью в воде. Целесообразно рассмотреть несколько схем (раз-
личные расстояния между скважинами и их расположение в водо-
заборе) .
3.	Рассчитывается понижение уровня в скважине на конец приня-
того срока эксплуатации по формулам, отвечающим определенным
граничным условиям. Расчет следует проводить для скважин, находя-
щихся в наихудших условиях взаимодействия. Расчетный срок эксплуа-
тации устанавливается проектирующей организацией. В том случае,
если в задании срок не регламентируется, следует принимать его рав-
ным 25—30 годам, что несколько превышает амортизационный срок
работы водозабора.
4.	Полученное расчетом понижение уровня сопоставляется с допу-
стимым понижением. Допустимое понижение устанавливается в зави-
симости от технических условий откачки и гидрогеологических условий.
В безнапорных водоносных горизонтах оно принимается обычно равным
0,5—0,6 мощности водоносного горизонта, в напорных — величина
напора плюс 0,5—0,6 мощности. При этом следует иметь в виду, что
при назначении допустимого понижения, при осушении водоносного
горизонта должна быть выявлена закономерность изменения фильтра-
ционных свойств в вертикальном разрезе. Во всех случаях необходимо
учитывать, что глубина динамического уровня не должна превышать
возможную для насосного оборудования высоту подъема, а остаточный
столб воды в скважине должен быть достаточным для нормальной
работы насоса.
Если расчетное понижение оказывается меньше или равным допу-
стимому, запасы можно считать обеспеченными. В противном случае
необходимо уменьшить дебиты скважин, увеличив их количество, или
предусмотреть рассредоточение скважин и провести расчеты водоза-
бора при измененных условиях.
Ниже приводятся основные расчетные формулы для определения
понижения уровня в напорных водоносных горизонтах. Расчеты водо-
27
заборов в безнапорных пластах следует проводить по формулам для
напорных горизонтов путем следующей замены:
2ms = Н2 — h2,	(II, 1)
где т — мощность напорного горизонта;
s — понижение уровня в напорном горизонте;
// — мощность безнапорного горизонта;
h-—величина остаточного столба воды в безнапорном горизонте.
Формулы для расчетов водозабора приводятся применительно
к граничным условиям, рассмотренным в настоящей главе. При этом,
так как обычно водозаборы состоят из большого количества скважин,
рассмотрим формулы для определения понижений в «больших колод-
цах», к которым приводятся реальные системы скважин.
Неограниченный пласт
Понижение уровня в скважине, расположенной в центре «большого
колодца», по Ф. М. Бочеверу (1963) рассчитывается по формуле
s = sBH + sc,	(II, 2)
где £вн — понижение уровня, вызванное системой скважин;
sc —дополнительное понижение в скважине, зависящее от распо-
ложения скважин внутри системы, их несовершенства и на-
грузки на каждую скважину.
Величина sBH определяется по следующей формуле:
Ссум , ^?пр	... _.
S =	In-75—,	(II, 3)
вн 2л£т /?о	' '
где <2сум — суммарный дебит скважин, мЧсутки;
k — коэффициент фильтрации, м!сутки-,
m — мощность водоносного горизонта, м\
/?пр — приведенный радиус влияния, м\
/?о — радиус «большого колодца», м.
Величина приведенного радиуса влияния рассчитывается по
формуле
/?пр = 1,5]/аГ,	(11,4)
где а — коэффициент пьезопроводности, мЧсутки-,
t — время эксплуатации, сутки.
Радиус «большого колодца» в зависимости от системы расположе-
ния скважин определяется по следующим зависимостям, полученным
из работы Ф. Mt Бочевера (1963):
/?о~О,2/ — для линейного ряда скважин,	(II, 5)
/?о~О,1р — Для площадной системы,	(II, 6)
Ro = R— для кольцевой системы.	(II, 7)
В формулах (11,5) — (П,7) приняты следующие обозначения;
I —длина ряда при линейной системе, м;
р —периметр площади расположения скважин при площадной
системе, м;
R — радиус кольца, по которому расположены скважины при коль-
цевой системе, м.
Расчеты sBh по формуле (II, 3) можно проводить:
25 — при линейной системе,
Ко
at	t	и
-g-5> 4 — при площадной системе,
Ко *
3,5—при кольцевой системе.
Ко
28
В том случае, если меньше указанных величин, что может
быть в очень редких случаях при очень больших значениях /?о, расчеты
понижений следует проводить по графикам, опубликованным в работе
Ф. М. Бочевера (1963).
Величина sc, входящая в формулу (11,2), определяется по сле-
дующей зависимости:
'.= ^['"-Тг + О'Яф	(Ч- 8)
Q — дебит скважины, мУсутклг,
гп— приведенный радиус условной области влияния данной сква-
жины, м;
гс — радиус скважины, jh;
Io — величина фильтрационного сопротивления, учитывающая не-
совершенство скважин *.
Приведенный радиус области влияния скважины определяется по
формулам
гп= —для линейной и кольцевой систем, (11,9)
где о — расстояние между скважинами, м\
гп=0,47	— Для площадной системы,	(II, 10)
где Fo — площадь области, ограниченной линиями, проходящими
посредине между соседними скважинами (рис. 1, а).
Ограниченные пласты
Величина понижения уровня в полуограниченных пластах и пла-
стах, ограниченных двумя контурами (параллельными и взаимно пере-
секающимися), определяется также по формуле (II, 2). Меняются
только зависимости для определения величины $вн.
Величина sBH определяется по следующим формулам.
1.	Пласт, ограниченный одним контуром с постоянным напором
(рис. 1, б):
= (п-
где zo — расстояние от водозабора до контура.
2.	Пласт, ограниченный одним непроницаемым контуром (рис. 1, в):
sBII = vj—hr U3a* .	(11, 12)
в" 2nkm zaRo	v 7
3.	Пласт, ограниченный двумя параллельными контурами с посто-
янным напором (рис. 1, г):
„	0,64z sin
SBH = In -------о—1- •	(II, 13)
BH 2r.km	/?0	v '
4.	Пласт, ограниченный двумя параллельными непроницаемыми
контурами (рис. 1,
sUH = -2- in /7’1]Ла/-. + 21п-0,16г - \ .	(11,14)
UH 4л&т I z 1	„ Ttz, I	v ’
I	Ro sin —— I
Величина go определяется по приводимой методике (см. гл. VIII, стр. 130).
29
5.	Пласт, ограниченный двумя параллельными контурами, один из
которых — непроницаемый, а другой является контуром постоянного
напора (рис. 1, е):
(II, 15)
Q
$ви -- п .----III------75-----
к
л
Рис. 1. Схема расположения водозаборов в различных граничных условиях
В формулах (11,13) — (11,15):
z —ширина полосы (расстояние между контурами), лг,
Zi — расстояние от центра водозабора до ближайшего контура.
6.	Пласт, ограниченный двумя взаимно пересекающимися конту*
рами с постоянным напором (рис. 1, ж)-.
s — 7 8 9 In Р1рг
вн — 2r.km Я0р3 '
(II, 16)
7. Пласт, ограниченный двумя взаимно пересекающимися непрони-
цаемыми контурами (рис. 1, з):
_____ Q ।	2,25а/
в«—п у/г^рз
(П. 17)
8. Пласт, ограниченный двумя взаимно пересекающимися конту-
рами, один из которых — непроницаемый, а другой является контуром
постоянного напора (рис. 1, и):
30
=	(II, 18)
nH 2v.km A?0p2	v ’
Величины pi, p2 и p3 определяются по	следующим зависимостям:
Pi = 2zv	(II, 19)
p2 = 2z2, .	(II, 20)
р3 = Г (2zJ2 + (2z2)2	.	(11,21)
В формуле (II, 18) Z\ расстояние до контура постоянного напора.
9. Пласт, ограниченный круговым контуром питания (рис. 1, к):
5 = (" 22>
где R — радиус кругового контура.
10. Пласт, ограниченный круговым непроницаемым контуром
(рис. 1, л):
«вн =	(In + -М - 0,75").	(II, 23)
вн 2itkm (	/?0 1 /?к2	)	'	'
При больших значениях времени формулу (23) можно преобразо-
вать следующим образом:
ч = Q at
вн izkm /?к2
Все вышеприведенные формулы для ограниченных пластов могут
применяться только в тех случаях, когда крайние скважины системы
отстоят от ближайшей границы пласта на расстоянии, большем 2,5 7?0
при линейной системе, 7?о при кольцевой системе и 1,6 Ro при площад-
ной системе.
Кроме того, следует учитывать, что формулы (11,11) — (11,18)
справедливы через определенное время после начала эксплуатации.
Это время определяется из соотношения
*>2,5(11,25)
где р определяется по формулам
p=2zo — в полуограниченных пластах,	(11,26)
p=2(zi + z)—в пластах, ограниченных двумя параллельными
контурами,	(П,27)
р=рз — в пластах, ограниченных двумя взаимно пересе-
кающимися контурами,
гдерз определяется по формуле (11,21).
В настоящей главе приведены только самые основные формулы,
применяемые для расчета водозаборов. Ряд формул, кроме того, будет
приведен в главах, посвященных различным типам месторождений под-
земных вод. Более подробно расчетные формулы для оценки эксплуата-
ционных запасов приведены в работах Ф. М. Бочевера, Н. Н. Веригина
(1961), Ф. М. Бочевера (1963) и Н. Н. Биндемана (1963).
Глава III
ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ
И ТИПА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, ФИЛЬТРЫ
И НАСОСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
В данной главе ставится задача: дать исходный материал
для обоснования выбора способа бурения и типа буровой установки,
конструкции ствола скважины, типа фильтра, способов разглинизации
водоприемной части скважины, а также подбора откаченного оборудо-
вания и гидрогеологических приборов. В главе приводятся только
основные данные. Более детальные сведения изложены в справочниках
по гидрогеологии, буровому делу и специальных монографиях по этим
вопросам.
ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ И ТИПА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
В настоящее время для целей бурения гидрогеологических и разве-
дочно-эксплуатационных скважин на воду используются главным обра-
зом следующие основные способы бурения:
1)	вращательный (роторный и колонковый) с промывкой;
2)	ударно-канатный;
3)	вращательный шнековый;
4)	вращательный (роторный и колонковый) с продувкой.
Выбор того или иного способа бурения зависит от ряда факторов,
наиболее существенными из которых следует считать:
1)	целевое назначение скважины, глубину и конечный диаметр
бурения;
2)	геологическое строение участка бурения и его гидрогеологиче-
скую характеристику;
3)	условия производства работ (географическое положение; уда-
ленность от центральных баз снабжения; наличие того или иного парка
станков, инструмента и вспомогательного оборудования, объем буре-
ния и др.).
Выбор того или иного способа бурения и типа бурового станка
является чрезвычайно важным и ответственным мероприятием. Приво-
димые ниже рекомендации по выбору способа бурения и типа бурового
станка ни в коей мере не могут претендовать на учет всех тех много-
численных случаев, которые могут встретиться в практике ведения
буровых работ. Они имеют целью лишь оценить возможности различ-
ных способов бурения и типа бурового агрегата и помочь методически
обоснованно подойти к решению этого вопроса в зависимости от кон-
кретных условий проведения работ.
В зависимости от задач и этапов поисково-разведочных работ
могут быть выделены следующие наиболее целесообразные способы
бурения.
Поисковые исследования и предварительная раз-
ведка. На этом этапе выясняются количество и условия залегания
32
водоносных горизонтов, напоры, ориентировочные данные о водообиль-
ности подземных вод в изучаемом районе и их минерализации и другие
данные. Для выполнения работ на этом этапе обычно используются
установки колонкового бурения и установки поискового роторного и
шнекового бурения: ЗИФ-ЗООМ; СБУДМ-150-ЗИВ; СБУДЭ-150-ЗИВ;
ЗИФ-650А; ЗИФ-1200А; БК-150; СБУ-3003ИВ; УГБ-50М и др.
Диаметры бурения составляют обычно 150—91 мм, откачки произ-
водятся с помощью эрлифтов.
Детальная разведка производится на территории, исследо-
ванной ранее на стадии предварительной разведки и поисковых работ.
Для детальной разведки выбираются наиболее перспективные в отно-
шении водообильности участки. Бурение скважин на этом этапе может
быть трех видов: разведочное для одиночных и кустовых откачек, разве-
дочно-эксплуатационное для одиночных и кустовых откачек и бурение
наблюдательных скважин. Диаметры разведочных и разведочно-экс-
плуатационных скважин определяются применяемым откаченным обо-
рудованием (эрлифты, погружные электронасосы и др.), которое
в свою очередь подбирается, исходя из возможных дебитов при
откачках.
Разведочные и разведочно-эксплуатационные скважины имеют зна-
чительно большие диаметры, чем при производстве буровых работ на
этапе предварительной разведки, и имеют начальные диаметры буре-
ния от 6 до 20" и более. Для проходки разведочных и разведочно-
эксплуатационных скважин используются обычно буровые установки
вращательного (роторного) и ударно-канатного бурения: УРБ-ЗАМ;
АВБ-ТМ; УКС-22М и др. Наблюдательные скважины проходятся, как
правило, установками колонкового, роторного и шнекового буре-
ния. Диаметры наблюдательных скважин определяются, исходя из
требований производства в них замеров уровня, и составляют обычно
от 91 до 75 мм.
С целью оценки возможности применения различных способов
бурения их специфические особенности, преимущества и недостатки,
а также характерные условия применения сведены в табл. 1.
Выбор типа буровой установки производится, исходя из выбран-
ного и принятого способа бурения, конечной (проектной) глубины
и диаметра скважины.
Установки вращательного (роторного) бурения
Установки вращательного бурения с промывкой применяются
в двух модификациях:
1) установки роторного бурения со свободной подачей инструмента
через ведущую штангу (роторного типа);
2) установки колонкового бурения со шпиндельной подачей
инструмента (колонкового типа).
Область применения буровых установок роторного типа со сво-
бодной подачей инструмента через ведущую штангу практически охва-
тывает все случаи бурения скважин на воду; исключение составляют
лишь очень твердые и крепкие изверженные породы, залегающие непо-
средственно с поверхности или с малых глубин, т. е. там, где необходимо
осуществлять дополнительное осевое давление и поэтому рекомендуется
применять установки колонкового типа.
Для очистки глинистого раствора от шлама применяется желобная
система; длина желобной системы в зависимости от глубины и диа-
метра бурения колеблется от 8 до 25 м, вместе с этим для очистки гли-
нистого раствора от шлама с успехом могут использоваться также
гидроциклоны и трубоциклоны, например, ОГХ-8Б; ОГХ-8А и др.
3 Зак. 627	33
s
Способ бурения	Преимущества
Вращательный (роторный) с промывкой	Высокие технические и коммерче- ские скорости бурения (больше, чем при ударно-канатном бурении в 3— 4 раза). Более простая, чем при ударном способе, конструкция сква- жины, а следовательно, и значитель- но меньшая потребность в обсадных трубах Возможность бурения на большую, чем при других способах, глубину и в породах различной твердости
Таблица 1
Недостатки
Характерные условия применения
Трудности качественного опробова-
ния и фиксирования при бурении
водоносных горизонтов, необходи-
мость проведения геофизических ис-
следований (КС; ПС и гамма-каро-
таж)
Бурение в достаточно хорошо из-
вестных геологических разрезах; на
водоносные горизонты средней и
высокой водообильности (удельные
дебиты больше 2—3 л/сек)\ в усло-
виях хорошего обеспечения водой и
доброкачественной глиной
Необходимость сложных и дли-
тельных работ по разглиииэации,
эффективность которых, особенно в
слабо напорных водоносных горизон-
тах, весьма невелика
Трудности бурения в поглощаю-
щих воду разрезах, в галечниках,
а также трудности организации ра-
бот в зимнее время при отрицатель-
ных температурах
Необходимость применения промы-
вочного агента, а следовательно,
снабжения глиной и водой
Необходимость осуществления в
большей части случаев затрубной
цементации или смены диаметров бу-
рения с тампонажем колони в ниж-
ней части
Необходимость проходки скважи-
ны на 20—100 мм больше размера
спускаемой обсадной колонны
Ударно-канатный	Возможность качественного опро- бования всех встреченных в процес- се бурения водоносных горизонтов Отсутствие необходимости произ- водства работ по восстановлению во- доотдачи водоносных горизонтов от их глинизации Отсутствие необходимости приго- товления для бурения промывочного агента и небольшие потребности в технической воде, несложная орга- низация работ Достаточно успешное бурение в валунно-галечниковых отложениях Возможность бурения скважин большими (до 30") диаметрами
Вращательный шнековый	Высокие технические и коммерче- ские скорости бурения неглубоких (до 50—70 м) скважин (до 50— 70 пог. м в станко-смену, в породах II—IV категорий) Возможности бурения без промы- вочного агента Высокое качество гидрогеологиче- ского опробования водоносных гори- зонтов, связанное с отсутствием в
03 *	стволе скважины промывочного аген- та

Сложные конструкции скважин и,
следовательно, необходимость буре-
ния скважин большего начального
диаметра; большой расход обсадных
труб
Трудности бурения скважин при
глубинах более 200—250 м
Значительно меньшая производи-
тельность бурения в отличие от вра-
щательного (роторного) способа бу-
рения, особенно в породах неболь-
шой крепости
Бурение в мало изученных геоло-
гических разрезах и на подаемные
воды с малыми дебитами и напо-
ром:
при наличии в разрезе часто пере-
слаивающихся водоносных горизон-
тов и необходимости их раздельного
опробования при бурении;
при бурении в породах с большим
поглощением промывочной жидкости;
при бурении скважин не более чем
на 200—250 м\
в случае трудности доставки воды
для приготовления промывочного
агента (безводные отдаленные рай-
оны)
Невозможность бурения в породах
выше I—IV категорий и трудности
бурения вязких глинистых грунтов,
а также пород с твердыми включе-
ниями (валуны, галька и т. д.)
Ограниченность глубины бурения
до 50—70 м
Необходимость комплексирования
шнековых станков ударно-канатными
приспособлениями для целей проход-
ки водоносных горизонтов с одно-
временным креплением скважины
трубами
Трудности ведения исходной гео-
логической документации
Бурение разведочных гидрогеоло-
гических и разведочно-эксплуатацион-
ных скважин на воду в породах до
IV категории:
при бурении скважин с глубинами
не более 50—70 м\
при отсутствии в разрезе часто
переслаивающихся водоносных гори-
зонтов
s?
Способ бурения	Преимущества
Вращательный (роторный) с продувкой	Более высокие (в 1,5—2 раза и более), чем при вращательном буре- нии с промывкой, скорости проход- ки и меньший расход бурового по- родоразрушающего инструмента Отсутствие необходимости бурения с промывочным агентом, а следова- тельно, завоза воды и глины; отсюда более простая организация работ, особенно в безводных и отдаленных районах, а также в зимнее время и при отрицательных температурах Возможность качественного гидро- геологического опробования всех встреченных при бурении водоносных горизонтов и осуществления откачки в процессе их проходки Эффективность бурения в породах с большим поглощением промывоч- ной жидкости и в многолетнемерзлых породах
Продолжение табл. 1
Недостатки
Характерные условия применения
Возможность бурения лишь в креп-
ких и устойчивых породах
Трудности бурения со значитель-
ными (более 2—2,5 л/сек) водопри-
токами и необходимость перекрытия
зон с водопроявлениями для возмож-
ности дальнейшего бурения
Максимальные глубины бурения
до 400—500 м и диаметры бурения
до 250 мм (для передвижных комп-
рессоров типа ЗИФ-55, ДК-9 и др.)
Бурение в «сухих» устойчивых раз-
резах, в разрезах со значительными
поглощениями промывочной жидко-
сти, а также при трудностях по
снабжению буровых установок водой
Из числа имеющихся установок роторного типа для бурения сква-
жин на воду и гидрогеологических целей в зависимости от глубины
и диаметра бурения могут быть рекомендованы следующие (табл. 2).
Таблица 2
Глубина бурения, м	Начальный диаметр бурения,"	Конечный диаметр буре- ния,"	Рекомендуемый тип станка
До 80-100	12-8	10—7	АВБ-3-100*; АВБ-ТМ *; УРБ-2А; СБУДМ-150-ЗИВ; СБУДЗ-150-ЗИВ
До 150—200	13-9	10—7	1БА-15В; АВБ-400*
До 300—400	14-10	9-7	1БА-15В; АВБ-400*; УРБ-4ПМ*
До 750—1000	14-10	8-6	УРБ-4П1
* Данные установки в настоящее время сняты с производства, однако они еще широко при-
меняются в геологических и водохозяйственных организациях и их использование для бурения
скважин во многих случаях является экономически выгодным.
Из имеющихся буровых станков колонкового типа в зависимости
от диаметров и глубины бурения могут быть рекомендованы следую-
щие (табл. 3).
Таблица 3
Глубина бурения, м	Начальный диаметр бурения, мм	Конечный диаметр бурения, мм	Рекомендуемый тип станка
До 80—100 До 150-200 Свыше 200	200—150 200—150 250- 200	150-130 150—130 150-130	БК-150; ЗИФ-ЗООМ; СБУ-300М; ВИТР-300 ЗИФ-650А; СБА-500 ЗИФ-1200А; ЗИФ-650А
Установки ударно-канатного бурения
Ударный способ бурения может осуществляться как на канате,
так и на штангах (ударное штанговое бурение). Однако в настоящее
время в Советском Союзе применяются исключительно ударно-канат-
ные станки.
Значительные трудности при ударном бурении представляет опера-
ция по принудительной посадке труб. С этой целью могут быть использо-
ваны различные конструкции вибраторов (БТ-9, ВБ-7, ВПП-2; ВПП-4;
ВПП-5; ВО-6; ВО-10) и вибромолотов (ВМГ-7; С-402; В-95; ВМ-7).
В табл. 4 приведены рекомендуемые типы станков ударно-канат-
ного бурения в зависимости от глубины бурения, начальных и конечных
диаметров бурения.
Установки вращательного шнекового бурения
Из установок шнекового бурения наибольшее распространение
в настоящее время получили установки комбинированного действия:
УГБ-50А; ЛБУ; УГБ-50М и УТБХ-150, позволяющие использовать
в случае необходимости колонковое (роторное) и ударно-канатное бу-
рение, причем в установке УТБХ-150 шнековый способ бурения исполь-
37
Таблица 4
Глубина бурения, м	Начальный диаметр, сква* жины,"	Конечный диаметр,”	Рекомендуемый тип станка
До 25	6	4	БС-25*; БУВ-1Б
До 50	10-8	6	БС-50 *; БУ-80*
	22—20	6	УКС-22М
До 100	До 30	8	УКС-ЗОМ
До 200	До 30	8	УКС-ЗОМ
Более 200 м	До 30	6	УКС-ЗОМ
* Станки выпущены малой партией.
зуется до глубины 50—75 м, после чего бурение продолжается ударно-
канатным или вращательным способом с промывкой.
В табл. 5 приведены марки станков шнекового типа, рекомендуемые
для бурения скважин на воду, в зависимости от глубины и диаметра
бурения.
Таблица 5
Глубина бурения, м	Начальный диаметр скважин, мм	Конечный диаметр скважин, мм	Рекомендуемый тип станка
До 25	250	135	УГБ-50М; ЛБУ; УГБ-50А *
До 50	250	135	УГБ-50М; ЛБУ
	150	150	УШБ-16; ЛБУ
До 75	150	150	УШБ-15
	330	180	УГБХ-150
* Установки сняты с производства, одиако они еще применяются
в некоторых организациях, н их использование для бурения скважин
в ряде случаев является экономически выгодным.
Установки вращательного бурения с продувкой
Для вращательного бурения с продувкой используются имеющиеся
станки роторного и колонкового бурения. Для нагнетания в скважину
воздуха и создания необходимой (10—20 м!сек) скорости восходящего
потока воздуха Применяются различные типы компрессоров: ЗИФ-55;
ВКС-16; ПКС-6М; ЗИФ-ВКС-6; ЗИФ-ВКС-5; КС-9 и ДК-9.
В зависимости от технико-экономических показателей различных
способов бурения можно выделить наиболее приемлемые из них приме-
нительно к основным геолого-гидрогеологическим типам подземных
вод, на которые ведется разведка.
Бурение на артезианские воды в скальных породах. Артезианские
воды обладают обычно высокой водообильностью и напорами. Глубины
бурения на такие воды чаще всего относительно велики (более 100—
200 м) и поэтому скважины рекомендуется проходить установками вра-
щательного бурения с промывкой. Из числа буровых установок, кото-
рые могут быть применены для этих случаев, прежде всего следует
назвать УРБ-ЗАМ; 1БА-15В; УРБ-2А; УРБ-4Ш.
Если бурение ведется в сухих поглощающих разрезах, то установки
вращательного бурения рекомендуется применять с продувкой забоя
воздухом, используя компрессоры ВКС-6, ЗИФ-55, КС-9 и др.
38
Если глубины скважин менее 200 лив разрезе преобладают
поглощающие горизонты, то может быть использован ударно-канатный
способ и соответственно станок УКС-22М, а для глубин до 300 м—
станок УКС-ЗОМ.
Если бурение ведется в изверженных породах высокой крепости
(VIII—X категории пород по буримости), залегающих с поверхности,
или с небольших глубин, то следует применять установки колонкового
бурения: БК-150; ЗИФ-ЗООМ; ЗИФ-650А; ЗИФ-1200А; СБА-500 и
инструмент для проходки с помощью дроби, алмазов и твердых сплавов.
Бурение на конусах выноса ведется в рыхлых толщах, содержащих
твердые включения в виде гальки, гравия и валунов. Глубины бурения
на конусах выноса составляют обычно от 30—50 до 200—250 At; водо-
носные пласты обладают большой водообильностью. Производство
бурения в этих условиях целесообразно проводить станками ударно-
канатного типа УКС-22М.
Если в разрезе отсутствуют твердые включения и водоносные пла-
сты имеют большой напор, целесообразно использовать станки враща-
тельного бурения с промывкой (УРБ-2А; УРБ-ЗАМ; 1 БА-15В и др.).
Бурение скважин в аллювиальных отложениях речных долин харак-
теризуется обычно глубинами бурения до 50—70 м\ преобладающими
породами являются супесчаные грунты. Для этих условий целесообразно
использовать станки шнекового бурения (УГБ-50М; ЛБУ). Если глу-
бины бурения составляют более 50—70 м, то целесообразно применять
ударно-канатное бурение станками УКС-22М или при наличии пластов
с высокой водообильностью — станками вращательного бурения с про-
мывкой (СБУДМ-150-ЗИВ; УРБ-2А; УРБ-2А; АВБ-ТМ; УРБ-ЗАМ и др.).
Бурение на линзы пресных вод. Линзы пресных вод залегают, как
правило, на глубинах не более 100—150 м в супесчаных разрезах. Буре-
ние скважин до глубин 50 м в этих условиях целесообразно проводить
шнековым способом станками УГБ-50М и ЛБУ, а глубже 50 м исполь-
зовать станки вращательного бурения с продувкой воздухом либо
станки ударно-канатного бурения типа УКС-22М.
Использование станков вращательного бурения с промывкой для
этих условий, как правило, малоэффективно из-за трудностей работ
по разглинизации водоносных пластов, которые обладают малыми
напорами.
Бурение в многолетнемерзлых породах. В многолетнемерзлых поро-
дах весьма эффективно использование станков вращательного бурения
с продувкой (СБУДМ-150-ЗИВ; УРБ-2А; УРБ-ЗАМ и др.), а также
станков ударно-канатного бурения (УКС-22М; УКС-ЗОМ). Установки
вращательного бурения с промывкой целесообразно использовать лишь
при глубинах более 400—500 м, т. е. в тех случаях, когда имеющийся
парк компрессоров (ЗИФ-55; КС-9 и др.) не обеспечивает требуемого
давления.
КОНСТРУКЦИИ СТВОЛА И ФИЛЬТРОВ, ТИПЫ НАСОСОВ
ДЛЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН В РАЗЛИЧНЫХ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И СПОСОБЫ
РАЗГЛИНИЗАЦИИ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ
Конструкция ствола скважины зависит от способов бурения, геоло-
гического разреза, конечного диаметра и глубины бурения. Конечный
диаметр скважины устанавливается, исходя из принятого типа фильтра
и насоса для получения потребного количества воды.
Все вышележащие водоносные горизонты, заключающие минерали-
зованные и неудовлетворительные в санитарном отношении подземные
воды, должны быть перекрыты обсадными трубами с надлежащей
39
цементацией затрубного пространства или с задавливанием башмака
обсадной колонны в водоупорные слои на глубины до 3—5 м.
Глубина скважины определяется глубиной залегания выбранного
для эксплуатации водоносного горизонта. В гидрогеологической прак-
тике часто откачку проводят эрлифтом. В этом случае глубина сква-
жины уточняется в зависимости от глубины динамического уровня и
принятого коэффициента залегания смесителя эрлифта.
При роторном бурении скважину, как правило, крепят одной-двумя
колоннами труб с затрубной цементацией.
При ударном бурении выход колонн обычно не превышает 40 м.
При глубине скважины более 40 м верхняя часть скважины крепится
не менее чем двумя колоннами обсадных труб.
Места переходов отдельных колонн зависят от характера чередова-
ния слоев, которые устанавливаются при проектировании скважин,
с учетом разрезов соседних скважин и корректируются в зависимости
от фактического геологического разреза.
Конструкция фильтра зависит от характера водосодержащих пород
и потребного количества воды. По своим свойствам, важным для выбора
конструкции фильтра, водосодержащие породы можно разбить на три
категории, которым соответствуют те или иные конструкции фильтров:
1)	устойчивые трещиноватые породы, где фильтр не требуется;
2)	неустойчивые трещиноватые и гравелистые водоносные породы,
где ставится дырчатая труба, а также крупно- и среднезернистые водо-
носные пески, где ставятся щелистые, проволочные, сетчатые и другие
фильтры. Эту группу фильтров с тонкими стенками можно объединить
общим названием — тонкостенные фильтры;
3)	мелко- и тонкозернистые водоносные пески, в которых также
часто ставятся сетчатые фильтры, однако при сетках с мелкими отвер-
стиями последние в тонкозернистых глинистых песках быстро заили-
ваются и фильтры выходят из строя; сетки с крупными отверстиями
пропускают песок. Поэтому такие скважины лучше оборудовать гра-
вийно-обсыпными, кожуховыми и блочными фильтрами, имеющими
значительную толщину стенки из пористого материала и лучше задер-
живающими песок. Эти фильтры в противоположность предыдущим
можно назвать толстостенными.
В границах распространения основных гидрогеологических типов
возможен разный гранулометрический состав пород, слагающих водо-
носные горизонты, и поэтому могут потребоваться разные типы филь-
тров. Тем не менее можно выделить некоторые основные типы фильтров,
приведенные в табл. 6.
В пределах артезианских бассейнов можно ставить типы фильтров
1—9, на конусах выноса и в зонах тектонических нарушений —
типы 1—8.
В районах развития карста фильтры обычно не ставятся или ста-
вятся дырчатые каркасы. Аллювиальные воды речных долин, как пра-
вило, заключены в промытых песках, иногда в гравелистых. Для этих
условий наиболее подходящие типы фильтров 2, 9, 10, 12—15.
Линзы пресных вод заключены, в основном, в мелкозернистых
песках и их можно эксплуатировать с помощью типов фильтров 10—13.
В районах развития многолетней мерзлоты подземные воды заключены
в оттаявших или незамерзших породах, и захват их ничем не отличается
от захвата подземных вод в аналогичных породах более южных районов.
Диаметры ствола скважин и фильтров тесно связаны с потребными
дебитами и водоподъемным оборудованием, способным обеспечить
потребную водоподачу.
Для откачек могут использоваться различного рода водоподземные
средства. Для откачки воды при неглубоком залегании динамического
40
Таблица 6
Категории водоносных пород	Группа фильтров	Название конструкции фильтров	Тип фильтра	Краткая характеристика конструкции фильтра
Гравелистые материалы. Крупно- и среднезер- иистые водоносные пески	Тонко- стенные	Фильтры дырчатые	1	Фильтры обычно изготовляются из перфорированных обсадных труб. Диаметры отверстий от 10 до 25 мм. Расстояние между центрами отвер- стий по образующей от 18 до 33 мм, по окружности — от 22 до 60 мм. Скважность 0,2—0,25
		Фильтры щелистые	2	Щели обычно прорезаются автоге- ном. Ширина щели от 3—5 до 10— 30 мм, а для крупных песков в 1,25—2 раза больше диаметра ча- стиц породы, длина от 25—50 до 250—300 мм
		Фильтры из продольных проволок	3	Фильтр состоит из опорных поя- сов, расположенных через 25 см, к которым приварены металлические стержни диаметром 3—5 мм. Опор- ные пояса жесткости изготовляются из полосовой стали и имеют толщину 5—7 мм и ширину 20—25 мм. От- дельные звенья соединяются при по- мощи стандартных ниппелей и муфт, приваренных к концам звеньев
		Каркасно- стержневой фильтр	4	Фильтр сваривается из продольных металлических прутков на опорных кольцах. Поверх прутков навивается проволока. На концах 2,5-метрового звена привариваются муфты
		Каркасно- протяжной фильтр	5	Изготовляется из листовой стали толщиной 4—6 мм, на листе просе- каются щели, после чего лист вытя- гивается, при этом образуются от- верстия. В таком виде лист прока- тывается в трубу и сваривается
		Штампован- ный фильтр с отверстия- ми типа „Мост”	6	Прокатывается в трубу из листо- вой стали с проштампованными от- верстиями типа «Мост». Такие филь- тры с антикоррозийным покрытием широко применяются за рубежом
		Штампован- ный фильтр со сквозны- ми отвер- стиями	7	Изготовляется так же, как и пре- дыдущий со сквозными отверстиями
		Фильтр с проволоч- ной обмот- кой	8	1, 2 или 4-й тип фильтра, снабжен- ный продольными проволоками, по- верх которых навивается проволоч- ная спираль, образующая щели, раз- мер которых в 2 раза больше диа- метра зерен песка
		Сетчатый фильтр	9	1, 2 или 4-й тип фильтра, обви- тый проволочной спиралью, или снаб- женный продольными проволоками и подкладочной сеткой; обтягивается поверху фильтровой сеткой
41
Продолжение табл. 6
Категории водоносных пород	Группа фильтров	Название конструкции фильтров	Тип фильтра	Краткая характеристика конструкции фильтра
Мелко- и тонко- зернистые пески	Толсто- стенные фильтры	Однослой- ный обсыпной гравийный фильтр	10	При средне- и мелкозернистых во- доносных песках 1—8-й типы филь- тров устанавливаются в закреплен- ную обсадными трубами и очищен- ную от глинистого раствора сква- жину и обсыпаются гравием с круп- ностью зерен, в 8—10 раз превышаю- щей средний диаметр зерен песка
		Двухслой- ный обсыпной гравийный фильтр	11	При тонкозернистых глинистых пе- сках ставятся 1—8-й типы фильтров в закрепленную обсадными трубами и очищенную от глинистого раствора скважину и производится двухслой- ная гравийная засыпка с помощью вспомогательной колонны труб
		Блочные фильтры	12-13	В качестве фильтрующего материа- ла применяются блоки из пористого бетона или пористой керамики
		Кожуховые фильтры	14	Гравийная обсыпка закрепляется на поверхности фильтра с помощью кожуха
		Корзинча- тые фильтры	15	Гравий засыпается в карманы, ук- репленные на каркасе
уровня (до 7 м) могут использоваться центробежные насосы с горизон-
тальным валом типа С-204; С-490; С-245 и др.
Для пескующих скважин широкое применение получили откачки
эрлифтом с помощью компрессоров ЗИФ-55; ЗКС; КС-9; ЗИФ-ВКС-5;
ДК-9; АПКС-6 и др. Для этих же целей, но при глубине подъема воды
не более 25—35 м, могут использоваться вибрационные водоподъемники.
Для подъема воды с глубин до 100 м и при производительности до
49 м3/час для временных откачек могут быть применены штанговые
поршневые насосы ШНД-1; ШНД-2; ШНД-З и др. с насосными качал-
ками НК-2; «Бурвод III» и др.
Для эксплуатационных откачек производительностью 20—
400 м3/час, напором от 22 до НО м и при условии, что скважина не
пескует, используются глубинные артезианские насосы с вертикальным
валом типа АТН; НА и А. Для этих же целей могут быть использованы
глубинные насосы с погружными электродвигателями типа АП; СП;
ПМНЛ; ЭЦНВ; ЭПП; АЭНП; АПВМ и др. с производительностью от
5 до 180 м31час и напором от 20 до 300 м. Для откачки неосветленной
воды из насосов этого типа пригодны только насосы типа ЭПЛ и ЭПН.
При бурении с применением глинистого раствора происходит гли-
низация стенок скважин, что влечет за собой изменение фильтрацион-
ных свойств водоносного пласта в призабойной зоне. В результате
коэффициенты фильтрации, определенные по данным одиночных отка-
чек из таких скважин, получаются значительно заниженными. При
42
установке фильтра в заглинизированную скважину он также глинизи-
руется.
Надежность получаемых при откачке результатов сильно зависит
от тщательности прочистки и прокачки скважины перед началом опыт-
ной откачки. Если при прокачке разглинизация стенок скважины не
закончилась, то данные откачки могут оказаться непригодными для
характеристики кривой дебита скважины и определения фильтрацион-
ных свойств исследуемого горизонта, хотя вода будет и осветленной.
Разглинизация скважины считается законченной, если в скважине уста-
новился постоянный дебит.
До настоящего времени нет узаконенных способов разглинизации,
поэтому остановимся на некоторых, наиболее распространенных
из них.
Разглинизацией водоносного горизонта называется процесс удале-
ния глинистого раствора из водоносного пласта и разрушение глинистой
корки на стенках скважины и поверхности фильтра. Способ разглини-
зации зависит от геологических и гидрогеологических условий, техники
производства буровых работ, конструкции фильтров и т. д. Разглини-
зация облегчается в следующих случаях:
1)	водоносный горизонт имеет высокий напор и представлен
крупно- и среднезернистыми песками, гравием, галечником, а также
трещиноватыми плотными породами;
2)	бурение в водоносном слое проходит с максимальной скоростью,
с глинистым раствором высокого качества (низкий удельный вес,
вязкость, водоотдача и др.);
3)	фильтр установлен в скважине сразу же по окончании бурения,
а разглинизация началась сразу же по установке фильтра и проводится
без перерывов (круглосуточно);
4)	фильтр с крупными отверстиями и скважностью не менее 25%.
В напорных горизонтах применяются способы разглинизации,
основанные на замещении глинистого раствора в скважине чистой
водой. Наиболее простыми и распространенными способами являются:
1) зафильтровая промывка скважины через башмак или рабочую
часть фильтра; 2) промывка внутренней полости фильтровой колонны
через спускаемые внутрь колонны бурильные трубы или промывка
с помощью гидравлического ерша или гидротурбины; 3) прокачка
скважины эрлифтом.
Обычно названные способы разглинизации применяются в комби-
нации (например, способ зафильтровой промывки со способом эрлифт-
ной прокачки и т. д.).
В слабо напорных горизонтах отмеченные способы разглинизации
не обеспечивают достаточно полной разглинизации, поэтому для этих
условий получили распространение следующие способы: 1) свабирова-
ние; 2) разглинизация через промывочные окна с установкой над рабо-
чей частью фильтра эластичного сальника, а также с соблюдением
профилактических мероприятий по снижению глинизации самого
фильтра путем установки внутри колонны специальных цементных
мостов; 3) взрыв торпеды из детонирующего шнура.
Следует отметить, что в мелко- и тонкозернистых песках назван-
ные способы не обеспечивают достаточно полной разглинизации.
В этих случаях целесообразно производить установку фильтров спо-
собом, применяемым при ударно-канатном бурении, а также произво-
дить посадку фильтров способом размыва и эрлифтной прокачки
с одновременной их установкой в пласт.
Хорошие результаты в рыхлых водовмещающих породах обес-
печивает комбинированный способ разглинизации, разработанный
ВСЕГИНГЕО и Краснодарской КГЭ.
43
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Комплект оборудования для опережающего опро-
бования водоносных горизонтов. Это оборудование приме-
няется на стадии поисково-съемочных и разведочных гидрогеологиче-
ских работ при бурении скважин с глинистым раствором. Применение
этого оборудования позволяет определять статические уровни и вели-
чину напора, а также отбирать пробы воды на химические анализы без
обсадки скважины трубами и посадки обычного фильтра. Опыт исполь-
зования данного оборудования в ряде организаций показывает, что
производительность труда по опробованию водоносных горизонтов
возрастает в 4—5 раз. Максимальные глубины опробования составляют
до 300 м, однако имеются случаи успешного его использования до
глубин 500 м. При этом имеется возможность оценить приближенно
водообильность опробуемого горизонта либо по пересчету фильтрующей
поверхности проектируемого к установке фильтра и с учетом получен-
ного при опробовании дебита, либо путем расчета коэффициента
фильтрации при производстве микрооткачки с регистрацией величины
понижения уровня воды в бурильных трубах с помощью пневмати-
ческого уровнемера (ПУРа).
Приборы для замера уровня воды вскважинах. Для
целей замера уровня используются рулетки с хлопушкой, электроуров-
немеры и пневматические уровнемеры.
Рулетка позволяет замерять уровень воды хлопушкой с точностью
±1,0 см. Промышленностью выпускаются два типа рулеток Р-506 и
ГГП-196, с глубиной действия соответственно до 50 и 100 м. Электро-
уровнемеры позволяют замерять уровень воды в буровых скважинах
по электросигналу, получаемому от датчика при его контакте с поверх-
ностью воды, и регистрируемого с помощью электрической лампочки
или электроизмерительного прибора. В практике работ получили рас-
пространение электроуровнемеры ЭВ-1М (ВСЕГИНГЕО), УЭ-50, УЭ-75,
УЭ-200 (Гидропроекта) и О-4 (Остроумова).
Краткая техническая характеристика некоторых из них приведена
в табл. 7.
Таблица 7
Показатели	Марка электроуровнемеров		
	ЭВ-1М	УЭ-75	О-4
Максимальная глубина измерения, м	200	75	100
Точность замера уровня, см . . .	+ 1,0	±1,0	+1,0
Габариты прибора, мм		380x145x200	215X80X135	260Х1ЮХ202
Вес, кг		4,5	4,5	3
Пневматический уровнемер ПУР конструкции ВСЕГИНГЕО пред-
назначается для непрерывных наблюдений и регистрации изменения
уровня воды в скважине при опытных гидрогеологических откачках.
Пневматический уровнемер работает на принципе измерения давления,
которое оказывает столб воды в скважине на датчик прибора.
Величина максимального заглубления датчика должна быть
больше величины максимального понижения уровня в процессе откачки.
Прибор комплектуется образцовыми манометрами марки «ОМ»
с различными пределами измерения, что зависит от максимальной
величины понижения уровня при откачке. Для регистрации изменения
уровня в процессе откачки во времени устанавливаются самопишущие
манометры типа МСС-410 (ГОСТ 7919—56). В зависимости от преде-
лов измерений манометры обеспечивают различную точность измерения
(табл. 8).
44
Таблица 8
Максимальное понижение уровня, м	Точность отсчета и регистрации величины изменения уровня, см	
	образцовый манометр ОМ	самопишущий манометр МСС-410
10	2,5	20
25	5,0	50
60	50,0	200
Уровнемер барабанный УБ предназначен для регистрации измене-
ния уровня воды в скважинах режимной сети, а также в наблюдатель-
ных (пьезометрических) скважинах при опытных откачках. Прибор
указывает глубину уровня воды в скважине в данный момент. Макси-
мальная глубина регистрации изменения уровня 60 м, точность
измерения ±1,0 см.
Цифропечатающий регистратор уровня РУЦ (ВСЕГИНГЕО) пред-
назначен для автоматической регистрации изменения уровня в наблю-
дательных скважинах диаметром 4" и выше. Прибор состоит из датчика
и регистрирующей приставки, которые помещаются в скважине и закры-
ваются оголовком. Изменение уровня фиксируется на бумажной ленте.
Максимальная глубина регистрации изменения уровня 60 м, точность
измерения ±1,0 см, частота регистрации уровня — через 12 ч или
через 1 ч.
Приборы для замера минерализации воды. Помимо
производства химических анализов отобранных проб воды в полевых
условиях применяются приборы для замера минерализации воды путем
измерения ее электропроводности — солемеры, которые позволяют по-
лучить качественную картину засоления воды. Солемеры обычно прота-
рированы на один или два наиболее распространенных типа раствора
солей. Получили распространение солемеры ВСЕГИНГЕО и СМ-6М
конструкции Марковского, а также резистивиметры.
Техническая характеристика солемеров приведена в табл. 9
Таблица 9
Показатели
Марка солемера
ВСЕГИНГЕО | СМ-6М
Принцип работы на:
постоянном токе переменном токе
Предел измерения, г/л
Габариты прибора, мм
Вес прибора, кг . . .
0-1
0—10
65 X 20 X 180
3,0
0—10
230 X 160 X НО
2,5
Термометры. При исследовании температур в буровых скважи-
нах могут использоваться геофизические методы с помощью электри-
ческих термометров ЭТО-2; ЭСО-2; ЭТС-2М и ЭТМИ.
Техническая характеристика электротермометров приводится
в табл. 10.
Ленивые термометры применяются для измерения температуры
воды в скважинах и колодцах и состоят из специальных ртутных тер-
мометров, которые вмонтированы в металлическую оправу. Для замера
температуры в нужном интервале скважины термометр выдерживается
в течение 10—15 мин. С целью увеличения инертности термометра
в его нижнюю часть (баллончик) закладывается теплоизолирующий
материал (войлок, вата и др.).
45
Таблица 10
Параметры	Марка электротермометров			
	ЭТО-2	ЭСО-2	ЭТС-2М	этми
Предел измерения, град	10-160	10-120	20—120	10-120
Точность измерения, град		0,3	0,5	0,1	0,3
Диаметр термометра, мм		73	60	42	60
Вес термометра, кг . .	7	8	4	8
Максимальные термометры в отличие от ленивых термометров поз-
воляют замерять лишь максимальные значения температуры в скважине
и применяются главным образом для глубоких скважин. Перед опуска-
нием термометра необходимо охладить его до температуры, несколько
ниже предполагаемой температуры в скважине.
Применяемые для замеров температуры воды в скважинах макси-
мальные термометры помещены в металлическую гильзу. Обычно
в гильзе помещаются два или три термометра.
Приборы для замеров расхода (дебита) воды при
опытных откачках. Для замера расходов (дебита) воды приме-
няются мерные сосуды (объемный способ) и специальные приборы
(расходомеры и дебитометры).
Объемный способ рекомендуется применять при расходах не
более 10 л!сек.
Объем сосуда выбирается из расчета того, что время его наполне-
ния должно быть не менее 10—20 сек, а при более точных измерениях —
до 40 сек. В практике применяются обычно сосуды емкостью 50, 100,
150, 200 л и реже 400 л; рекомендуемые расходы, которые замеряются
с их помощью, составляют соответственно 2, 4, 6, 8 и 16 л!сек.
Измерения расхода воды производят не менее трех раз, причем
разница в замерах времени наполнения сосуда не должна превы-
шать 2%.
Дебитометр ВНИИГС позволяет измерять дебит при откачках воды
из буровых скважин с помощью эрлифта и других способах подъема
воды. Прибор выполняется двух типоразмеров: Д-100 — для измерения
дебитов до 100 мЧчас и Д-200 — до 230 мг1час. Измерение дебита может
производиться объемным способом, с использованием приемного бака
в качестве мерного сосуда и по уровню воды в камере дебитометра при
свободном истечении из сменной насадки.
К прибору Д-100 придаются две, а к прибору Д-200 — три сменные
насадки. Отсчет дебита производится по стеклянной шкале в прорезе
стенки бака. Ошибка измерения дебита при этом способе замера
менее 5%.
Скоростные водомеры и счетчики измеряют скорость движения
жидкости, значения которой для данного размера трубопровода будут
пропорциональны расходу жидкости. Промышленное применение полу-
чили водомеры со спиральной, шнековой вертушкой и крыльчаткой
с горизонтальным и вертикальным расположением оси. Приборы этого
типа позволяют определять как мгновенный расход жидкости, так и
за истекший период времени. Приборы удовлетворительно работают
в жидкостях, не содержащих песчаных частиц.
Расходомеры переменного перепада давления основаны на измере-
нии давления в трубопроводах, сечение которого в месте измерения
перекрывается дроссельным устройством (диафрагмой). Измерение на-
пора движущейся жидкости в трубопроводе до установленной диа-
фрагмы и после дает возможность рассчитать расход жидкости.
46
Техническая характеристика скоростных водомеров
ВВ-80 и ВВ-100
ВВ-80	ВВ-300
Калибр (диаметр) входного отвер-		
стия, мм		80	100
Пределы измерения, м3/час:		
нижний		6	8
верхний 		80	140
Наименьшая цена деления шкалы, м3	0,1	0,1
Допустимые погрешности измерения		
при расходе, %:		
до 9 м3]час .	3	—
более 9 м31час .	2	—
до 19 м3!час .	—	3
более 19 м3!час .	—	2
Приборы этого типа имеют один существенный недостаток, заклю-
чающийся в том, что они надежно работают при изменении дебита
чистой воды. В случае присутствия в воде примесей песка точность
показаний приборов снижается и они быстро выходят из строя.
Тульскими центральными ремонтными мастерскими изготовлены
специальные приспособления для измерения дебита при откачке насо-
сами АТН-8 и АТН-12. Расход жидкости измеряется кубическими
метрами в час по разности уровней в стеклянных пьезометрических
трубках перед диафрагмой и масштабной линейкой после диафрагмы.
Техническая характеристика приспособлений к насосам
АТН-8 и АТН-12
Показатели	АТН-8	АТН-12
Диаметр диафрагмы, мм ....	75	90	130	160
Диаметр сливной трубы, мм . Расход жидкости, м31час:	128	128	203	203
минимальный ...	14,2	32,2	44,5	76,5
максимальный .	22,2	49,8	99,4	172,0
Для автоматизации замеров перепада давления применяются диф-
ференциальные показывающие и самопишущие манометры типа
ДП и ДМ.
Электромагнитный дебитометр конструкции СКВ МГ СССР ГГП-40
позволяет измерять и регистрировать дебит откачиваемой воды и дина-
мический уровень. Прибор позволяет измерять и регистрировать дебиты
до 150 м3!час и понижения уровня до 20 м. Преимуществом электро-
магнитного расходомера является отсутствие в его конструкции под-
вижных и быстроизнашивающихся частей; показания расходомера
практически не зависят от параметров жидкости (давление, наличие
твердых включений и др.), а также от температуры окружающей среды
и напряжения питания.
Прибор обеспечивает возможность дистанционного наблюдения
за параметрами расхода и уровня воды на расстоянии до 150 м.
Водосливы используются для измерения сравнительно больших
расходов воды при откачке. Водосливы могут быть трапецеидального,
прямоугольного и треугольного сечения. Изготавливаются водосливы
обычно из металла.	'
Трапецеидальные водосливы применяются при больших дебитах
(30—50 л/сек, и более). Для измерения дебита менее 10 л!сек приме-
няются прямоугольные и треугольные водосливы.
47
При определении дебита фонтанирующих скважин с напорами
5—10 м над устьем скважины производится выпуск воды при разной
высоте самоизлива. Для этого наращиваются трубы до высоты само-
излива и в нарощенном стволе делаются выпуски по числу и высоте
намеченных понижений. От выпусков вода отводится на указанные
выше водосливы или водомеры. Наибольшее понижение получается
на отметке устья скважины. Разность между отметкой установившегося
пьезометрического уровня и отметкой самоизлива будет равна величине
понижения.
Установившийся во времени дебит, замеренный на высоте само-
излива, принимается за расчетный.
По полученным величинам дебитов и понижений строят график
зависимости дебита от понижения. При самоизливе со значительным
(до 10 л и более) напором наращивание труб для замера пьезометри-
ческого напора выше поверхности земли затруднительно, и для испы-
тания скважин их нужно переводить на крановый режим эксплуатации.
Для замера давления используются специальные заглушки — тампоны
с манометрами. Для более точного замера уровня следует применять
образцовые манометры, рассчитанные на соответствующие напоры.
Для фонтанирующих скважин дебит может быть определен путем
измерения высоты струи воды над обсадной трубой. Зная внутренний
диаметр труб d и высоту струи воды h, можно по специальным таблицам
определить дебит скважины.
Приборы для отбора проб воды из скважин. Для целей
отбора проб воды из скважин используются различные пробоотборники.
Водонос ВСЕГИНГЕО является наиболее простым прибором.
Водонос выпускается в двух модификациях: с объемом отбираемой
пробы 0,6 и 1,5 л.
•Техническая характеристика водоноса приведена в табл. 11.
Таблица И
Параметры
Объем пробы, л .
Длина троса, м .
Габаритные размеры, мм
Вес без троса, кг . .
Тип водоноса
ГГП-20	ГГП-19
0,6	1,5
60	60
048X630	0 82 х 700
1,5	4,4
Для отбора проб воды с больших глубин и с газовой фазой приме-
няются пробоотборники ППБ, ПГ, ПРИЗ-11 и ПД-3.
Техническая характеристика пробоотборников приведена в табл. 12.
Таблица 12
Параметры	Марка пробоотборника			
	ППБ	ПГ	ПРИЗ-П	пд-з
Объем пробы, см3		2500	3000	1000	900
Рабочее давление, атм ....	Не огра- ничено	150	300	300
Принцип срабатывания прибора . .	От посы;	1ьного груза	От часового механизма или груза	
Наибольший диаметр прибора, мм	60	60	35	36
Длина (максимальная) прибора, мм	2645	1900	1890	2640
Вес, кг		10	6	8,5	9,0
48
Глава IV
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Геофизические методы приобретают все большее значение
при гидрогеологических исследованиях, в частности при разведках под-
земных вод для водоснабжения. Можно сказать, что сейчас нет таких
гидрогеологических задач, для решения которых в той или иной степени
нельзя было бы применить геофизику. Однако при гидрогеологической
съемке геофизические методы разведки почти не применяются. Можно
привести ряд примеров, когда затрачивалось много времени и большие
средства на решение тех или других гидрогеологических задач обыч-
ными разведочными средствами, в то время как методами геофизики
эти задачи могли быть решены очень просто и быстро. Например, при
гидрогеологической съемке в пустынных районах Туркмении до сих
пор еще оконтуривание линз пресных вод в песках проводится путем
бурения большого числа разведочных скважин, в то же время эти
линзы пресных вод очень быстро и с значительно большей точностью
можно оконтурить методами электроразведки с отдельными только
контрольными скважинами.
С другой стороны, часто перед геофизиками ставятся задачи, для
решения которых применять эти методы совершенно нерационально,
например разведка грунтовых вод флювиогляциальных отложений,
в результате чего затрачиваются непроизводительно средства.
В первом приближении различные гидрогеологические задачи,
решаемые методом геофизики при поисках и разведке подземных вод,
могут быть подразделены на следующие разделы:
1.	Изучение общего геологического строения исследуемых районов
и деталей этого строения, имеющих важное гидрогеологическое
значение.
2.	Специальные гидрогеологические задачи: поиски и картирование
областей распространения подземных вод с разной минерализацией,
определение глубин залегания подземных вод, изучение направления и
скорости движения этих вод и др.
3.	Изучение коллекторских свойств горных пород в их естественном
залегании.
4.	Задачи изучения естественных физических полей в земной коре,
имеющих самостоятельное гидрогеологическое значение.
Наиболее широко геофизические методы применяются для изучения
геологических структур больших территорий и на больших глубинах.
Для этих целей с успехом может быть привлечен весь арсенал геофизи-
ческих методов, применяемых при разведке нефти и при региональных
геологических исследованиях.
Наряду с такими общими геофизическими исследованиями больших
территорий и больших глубин при гидрогеологических изысканиях осо-
бое значение приобретают геофизические методы для более детального
изучения горных пород на меньших глубинах.
4 Зак. 627	49
При гидрогеологической съемке, проводимой на основе кондицион-
ных геологических карт, дающих ясное представление об общем геоло-
гическом строении района, ставить специальные геофизические работы
для выяснения этого строения уже нерационально. С другой стороны,
часто даже при хороших геологических съемках остаются не изучен-
ными некоторые детали геологического строения, имеющие важное
гидрогеологическое значение, для изучения которых целесообразно
применять геофизику.
К таким вопросам относятся: мощность рыхлых покровных отло-
жений, мощность аллювиальных отложений и наличие переуглублений
речных долин, степень трещиноватости скальных пород, карст, глубина
залегания мерзлых пород и их мощность, наличие таликов в мерзлых
породах и островов мерзлоты в талых породах и т. д.
Не менее важным является применение геофизических методов для
решения специальных гидрогеологических задач. В этом отношении
электроразведка широко применяется для картирования линз пресных
вод среди соленых (работы на побережьях Германии и Бельгии, а также
опыты работы в пустынных и полупустынных районах СССР). Широко
стали применяться электроразведка и сейсморазведка для определения
глубины залегания грунтовых вод и для поисков наиболее перспектив-
ных участков водозабора грунтовых вод. Методами электроразведки
можно определять направление и скорости движения подземных вод,
положение зон поглощения в реках, питающие карстовые потоки.
С помощью некоторых каротажных модификаций в скважинах удается
определять места поглощения и скорости фильтрации подземных вод,
оценивать величины водопроницаемости пород.
Особо следует отметить возможность эффективного применения
геотермических методов для изучения и разведки подземных вод. Эти
методы дают возможность с большой точностью определять места
выхода восходящих вод под наносами, устанавливать положение водо-
проводящих трещин в коренных породах, оценивать скорость восходя-
щего и нисходящего движения воды.
Выбор методики геофизической разведки для решения вышепостав-
ленных гидрогеологических задач определяется местными природными
условиями, а также организационными и экономическими соображе-
ниями. В связи с этим для каждого конкретного района гидрогеологи-
ческих исследований должен составляться свой проект геофизических
работ, учитывающий задачи, поставленные перед гидрогеологами, необ-
ходимый масштаб, кондицию и точность исследований, природные усло-
вия района работ, степень их изученности, наличие скважин и горных
выработок, организационные и экономические соображения.
Исходными факторами для планирования геофизических работ
являются гидрогеологические задачи, встающие перед исследователем.
Поэтому автор попытался перечислить основные геофизические методы
разведки применительно к тем задачам, которые могут возникнуть
перед гидрогеологом при поисках и разведке подземных вод.
В круг рассматриваемых задач включены также общие вопросы
изучения геологических структур крупных регионов, определения строе-
ния кристаллического фундамента, прослеживания границ разделов
между различными свитами или региональными разрывными дисло-
кациями.
Все эти задачи общего геологического изучения района отпадают
в том случае, если гидрогеологическая съемка проводится в хорошо
геологически изученном районе. Однако даже в этих условиях гидро-
геологу целесообразно вернуться к материалам ранее проведенных
геофизических работ и заново их пересмотреть в аспекте своих гидро-
геологических задач.
50
Другим немаловажным фактором при планировании геофизических
работ являются топографические, климатические и геологические усло-
вия, определяющие эффективность постановки тех или иных геофизи-
ческих работ. Поэтому в нижеприводимом перечне геофизических
методов сделана попытка выделить благоприятные и неблагоприятные
факторы их проведения. Следует отметить, что выделение этих факторов
в значительной степени является условным и может служить только для
ориентировочных соображений при планировании геофизических работ.
Например, сухие пустыни в общем являются неблагоприятными для
проведения электроразведочных работ методами постоянного тока,
однако, выполняя эти работы зимой и ранней весной, можно получить
очень хорошие результаты с небольшой затратой средств.
Кроме того, возможность проведения геофизических работ в разных
условиях в большой степени зависит от применяемой аппаратуры и
технической разработанности метода. Поэтому часто неблагоприятные
условия для проведения геофизических работ, которые были еще вчера,
отпадают сегодня, когда на вооружение поступает новая более совер-
шенная аппаратура.
Проектируя геофизические работы, гидрогеолог должен оценивать их
техническую эффективность и экономическую целесообразность. При
этом он должен учитывать, что почти все виды геофизических работ
для надежной их интерпретации требуют некоторого объема контроль-
ного бурения. В то же время при рациональном комплексировании
разных геофизических методов и разведочного бурения часто можно
получить значительную экономию в средствах при одновременном по-
вышении детальности и точности исследований. Например, определение
скального основания в долине реки под труднопроходимыми бурением
наносами в большинстве случаев может быть успешно решено путем
постановки комплекса электроразведочных и сейсморазведочных работ
с проходкой одной-двух разведочных скважин. С другой стороны, если
аллювиальные отложения представлены глинисто-песчаными разно-
стями, а коренные породы по своим физическим свойствам мало
отличны от аллювия, изучение речной долины целесообразнее прово-
дить без применения геофизики, только на основе разведочного бурения.
Комплекс разведочных и геофизических методов для каждого
конкретного района исследований должен выбираться на основе спе-
циального проектирования со сравнительной экономической оценкой
возможности решения поставленных задач одними разведочными
методами.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
РЕШАЕМЫЕ МЕТОДАМИ ПРИКЛАДНОЙ ГЕОФИЗИКИ
(ТАБЛ. 13)
Таблица 13
Задачи
1. Изучение геологических разрезов
горных пород:
а) глубины залегания опорных го-
ризонтов (кристаллического
фундамента, границ структур-
ных ярусов и др.)
Методы решения
Глубинное сейсмическое зондирование; глу-
бинное электрическое зондирование; сейсмо-
разведка методами отраженных и преломлен-
ных волн; электроразведка методами: верти-
кального электрозондирования — ВЭЗ, диполь-
ного электромагнитного зондирования — ДЭЗ,
частотного электромагнитного зондирования
ЧЭМЗ и др.
4:
51
Продолжение табл. 13
Задачи
Методы решения
б)	глубины залегания подошвы
рыхлых отложений верхнего
структурного яруса
в)	переуглублеиий речных долин,
мощности аллювиальных отло-
жений
г)	глубины залегания кровли и
подошвы миоголетнемерзлых
пород.
2. Картирование областей распро-
странения различных горных по-
род:
а) литологически различных пород
под покровом рыхлых отложе-
ний верхнего структурного яру-
са;
•б) границ пород под более глубо-
ко залегающими ярусами;
а) литологически различных пород
в толще рыхлых отложений
верхнего структурного яруса
(валунно-галечных линз в мо-
ренных отложениях, зандровых
песков, долин палео-рек и т. д.);
г) областей распространения мно-
голетнемерзлых пород и тали-
ков
3. Изучение и картирование разрыв-
ных дислокаций в горных породах
-4. Изучение сплошности горных по-
род:
а) определение доминирующего
направления трещиноватости
пород
б) определение степени трещинной
пустотности пород
Круговые вертикальные электрические зон-
дирования; круговые электрические профили-
рования с последующей статистической обра-
боткой; метод снятия электрического поля во-
круг скважины с заземленным электродом;
микромагнитная съемка с последующей ста-
тистической обработкой; фотографирование
стенок скважин ориентированным аппаратом
То же, что в случае 4, а, с установлением
корреляционных зависимостей величин трещин-
ной пустотности с электрическими и магнит-
ными параметрами (электрических сопротив-
лений, кажущейся анизотропии, отношений
изодинам и др); гравиметрические определе-
ния пористости и пустотности в склонах до-
лин рек; гравиметрические исследования в
шахтах, в туннелях; акустические и ультра-
звуковые исследования скважин
52
Продолжение табл. 13
Задачи
Методы решения
в) изучение и картирование кар-
стовых форм
г) определение средних величин
карстовой пустотиости в мас-
сивах пород
д) определение средних величин
пористости песчаных и галеч-
ных отложений
Круговое вертикальное зондирование и кру-
говое электрическое профилирование по де-
тальным сеткам, с последующей статистиче-
ской обработкой; комбинированное электри-
ческое профилирование с малым шагом уста-
новки; электрическое или акустическое про-
свечивание; гравиметрические исследования
То же, что в случае 4, б
С относительно большой погрешностью сред-
няя плотность определяется в скважинах пу-
тем их радиоактивного каротажа (гамма-гам-
ма-каротаж — ГГК, нейтронный гамма-каро-
таж— НГК и др.). Более точно она опреде-
ляется путем задавливания специального зон-
да с радиоактивными датчиками. Приближен-
но плотность и пористость оцениваются по
относительным величинам электрического со-
противления; при наличии шахт плотность с
достаточной точностью определяется путем
гравиметрических исследований; с помощью-
тех же исследований определяется средняя
плотность мощных аллювиальных отложений
при детально известном рельефе скального-
основания
5. Определение свободной поверх-
ности грунтовых вод (их уров-
ня):
а) при изысканиях иа небольших
участках
б) на больших территориях, для
построения карт и гидроизогипс
При малых глубинах до УГВ сейсморазвед-
ка методом КМПВ с одиоканальиой установ-
кой и возбуждением колебаний ударами; при
больших глубинах до УГВ—сейсморазведка
методом КМПВ со взрывным возбуждением-
колебаний (экономически не всегда оправ-
дано). Электроразведка методами вертикаль-
ного • электрозондирования — ВЭЗ, вызванные-
потенциалы — ВП. В аридной зоне путем ра-
диоволнового зондирования. При глубинах
УГВ до 30 м и в благоприятных условиях
прикрывающих толщ — путем зондирования-
пенетрационно-каротажной установкой
Сейсморазведка с одноканальной установкой
(при малых глубинах до уровня грунтовых
вод — УГВ); вертикальное электрозондирова-
ние— ВЭЗ, радиоволновое зондирование —
РВЗ (в аридной зоне); в благоприятных ус-
ловиях путем зондирования с пенетрационно-
каротажной установкой
6. Изучение зоны аэрации:
а) в целях картирования сплошно-
сти суглинистого экрана как
фактора, охраняющего подзем-
ные воды от загрязнений
Электрическое профилирование методом ка-
жущегося сопротивления — КС; радиоволновое-
профилирование; вертикальное электрозонди-
рование— ВЭЗ с небольшими разносами и
малым шагом; зондирование пенетрационно-
каротажной установкой
53
Продолжение табл. 13
Задачи
Методы решения
б) для получения литологического
разреза зоны аэрации и эпюры
изменения влажности по глу-
бине, для оценок величин ин-
фильтрации
в) в целях определения степени
засоленности пород при агро-
мелиоративных работах
Электроразведка — вертикальное электрозон-
дироваиие ВЭЗ, вызванные потенциалы ВП.
В аридной зоне радиоволновое зондирование
(РВЗ) с расчленением пород по диэлектриче-
ской проницаемости; зондирование пенетра-
ционно-каротажной установкой
Определение электропроводности почв изме-
рителем заземлений (или другим портативным
прибором); радиоволновое профилирование;
возможно применение некоторых радиоактив-
ных методов
7. Определение минерализации (со-
лености) подземных вод
а) при наземных полевых иссле-
дованиях
б) при изучении скважин
Определение электропроводности подземных
вод в местах их выходов (колодцах, родни-
ках, мочежииах и т. д.) путем реэистивимет-
рических измерений; приближенно соленость
грунтовых вод в литологически одинаковых
породах оценивается по истинным сопротивле-
ниям, рассчитанным по кривым вертикального
электрозоидирования — ВЭЗ на основе уста-
новленных корреляционных зависимостей
В скважинах, заполненных подземной во-
дой, путем резистивиметрических измерений;
при наличии бурового раствора — путем бо-
кового каротажного зондирования — БКЗ по
истинным сопротивлениям пород н установлен-
ным корреляционным зависимостям; по вели-
чинам естественных потенциалов, измеренных
каротажными методами
8. Изучение и картирование областей
распространения подземных вод с
различной минерализацией
а) в целях поисков линз пресных
вод в пустынях, на морских по-
бережьях и т. д.
б) в целях определения областей
растекания восходящих высоко-
минерализоваииых вод
Электрическое профилирование методом кри-
вой сопротивления — КС, вертикального элек-
трозондирования — ВЭЗ, частотное электро-
магнитное зондирование (ЧЭМЗ); профилиро-
вание индукционными методами; аэроэлектро-
разведка для съемки больших территорий
Электрическое профилирование кривой ка-
жущегося сопротивления — КС; профилирова-
ние индукционными методами; изучение есте-
ственного электрического поля
9. Определение скрытых мест раз-
грузки восходящих подземных
вод:
а) под аллювиальными и другими
рыхлыми отложениями неболь-
шой мощности
Электрическое профилирование кривой ка-
жущегося сопротивления — КС; профилирова-
ние индукционными методами; изучение есте-
ственного электрического поля; радоно-
вая съемка (при изучении радиоактивных
вод); геотермический метод измерения темпе-
ратур в сети неглубоких скважин, построение
карт изотерм или аномалий температур, тер-
мальных профилей в полулогарифмическом
масштабе
54
Продолжение табл. 13
Задачи
Методы решения
б)	зон перелива подземных вод
по тектоническим и другим на-
рушениям на сравнительно
больших глубинах
в)	подводных, в реках
г)	подводных, в береговой зоне
морей
То же, что в предыдущем пункте при боль-
ших расстояниях между питающими электро-
дами вертикального электрозондирования —
ВЭЗ и кругового вертикального зондирова-
ния — КВЗ по профилям; изучение тектониче-
ских разломов (см. пункт 3); геотермический
метод путем изучения поля температур по бо-
лее глубоким скважинам
Резистивиметрические, термические измере-
ния и изучение естественного электрического
поля по дну реки путем непрерывных измере-
ний (каротажных) с плавающего средства
То же, что в предыдущем пункте, путем
протягивания по дну моря зондов с плаваю-
щего судна или с каротажной станции, уста-
новленной на берегу
10. Определения направления и ско-
рости движения подземных вод:
а) для первого от поверхности
водоносного горизонта, при
его значительном уклоне
б) для более глубоких водонос-
ных горизонтов при значнтель-
< ных уклонах н скоростях дви-
жения воды
в) при малых скоростях и укло-
нах подземных вод
11. Определение скоростей фильтра-
ции
12. Выделение водоносных горизон-
тов в скважинах
Качественно направление движения устанав-
ливается путем снятия карт естественного по-
тенциала; более определенные результаты по-
лучаются при проведения круговых измерений
естественного потенциала. При наличии сква-
жин — методом заряженного тела. В самих
скважинах — путем фотографирования орео-
лов красителя от точечного источника или
термическим методом по интенсивности кон-
вективного переноса тепла в разных направ-
лениях от датчика
Путем изучения движения воды в самих
скважинах — методом фотографирования ин-
дикатора или термическими измерениями
Эффективные методы определения скоростей
и направления движения воды не разработаны
Путем резистивиметрическнх измерений по
скоростям вымывания индикатора. Применим:
при значительных скоростях фильтрации в зер-
нистых и мелкотрещиноватых породах. При
наличии крупных трещин — метод дает завы-
шенные результаты, промежуточные между
скоростями фильтрации и истинными скоро-
стями движения воды в трещине. В мелко-
дисперсных породах метод также завышает
результаты за счет явлений осмотической цир-
куляции
Наряду с резнстивиметрическим методом
определения скоростей фильтрации применим
колоритмический метод путем определения
интенсивности вымывания цветного индика-
тора
Комплексная интерпретация геофизических
исследований в скважинах (КС стандартным
зондом, КС микрозондом, боковым каротаж-
ным зондированием — БКЗ, радиоактивным ка-
ротажем — РК по методам естественной ра-
диоактивности, нейтронный гамма-каротаж —
НГК, гамма-гамма-каротаж — ГГК, каверно-
метрия и др.)
55
Продолжение табл. 13
Методы решения
Задачи
13.
Определение мест
воды в скважины и их
14. Определение технического состоя
ния скважин (обрывов труб, вы-
соты цементного кольца, состоя
ния фильтра и т. д.)
15. Определение
свойств пород
а) определение глинистости
по-
род
б) плотности пород
в) общая пористость пород
г) полная водоиасыщенность по-
род
д) водоотдача пород
е) водопроницаемость пород
Измерение расходов воды по стволу сква-
жин вертушкой или термическими датчиками
(скоростной каротаж). Резистивиметрия пред-
варительно засоленных скважин. Наливы в.
скважину с определением скорости погруже-
ния границы засоленной воды
Геофизические исследования скважин (каро-
тажные), фотографирование стенок скважин и
фильтров
Каротаж путем определения естественной
радиоактивности пород
При полевых исследованиях в больших мас-
сивах пород и при наличии эрозионных вре-
зов плотность пород, залегающих выше этого
вреза, определяется гравиметрическими изме-
рениями по методу Неттльона. Тот же метод
применим для определения средней плотности
аллювиальных отложений при резком плотно-
стном нх различии от подстилающих пород.
В скважинах плотность с относительно боль-
шими погрешностями определяется методом
гамма-гамма-каротажа — ГГК- Более точно
она может определяться тем же методом пу-
тем задавливания специального пенетрацион-
но-каротажного зонда
Определяется по плотности, определенной
лабораторным методом по образцам пород
В породах, не содержащих органических
веществ, определяется по общему содержа-
нию водорода, определенному методами ней-
тронного гамма-каротажа — НГК и нейтрои-
нейтроиного каротажа —• ННК- Более точно
она может быть определена путем задавлива-
ния специального зонда пенетрационно-каро-
тажной установкой
Определяется расчетным путем на основе
общего водосодержания и наименьшей влаго-
емкости пород, оцененной по их глинистости.
В последнее время разрабатывается метод про-
тонного резонанса для непосредственного опре-
деления количества свободной воды
Оценивается по корреляционным зависимо-
стям между величинами k и электрическими
сопротивлениями или коэффициентом р. Це-
лесообразно применение многомерных регрес-
сий для определения k по коэффициенту р и
глинистости пород
56
Глава V
ОПРОБОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Круг компонентов, определяемых в водах, предназначенных
для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также нормативы ряда
компонентов и бактериологических показателей, которые определяют
пригодность воды для питьевых целей, предусматриваются ГОСТами
2762—47, 2874—54 и «Предельно допустимыми концентрациями вредных
веществ в воде водоемов», утвержденными Главным государственным
санитарным инспектором СССР 16 марта 1960 г.
Перечень требуемых компонентов и нормативы их содержания
в питьевых водах приводятся в табл. 14.
На величину температуры, количество взвешенных веществ, pH,
окисляемость, карбонатную жесткость, биохимическую потребность кис-
лорода, растворенный кислород, сероводород, содержание ионов каль-
ция, магния (в отдельности каждого), окисного железа, аммония, гид-
рокарбонат-, карбонат-, нитрат- и нитрит-ионов указанными документа-
ми нормативы не установлены. Согласно литературным данным, приве-
денным в Инструкции ГКЗ по применению классификации эксплуата-
ционных запасов подземных вод (1962 г.), содержание следующих ком-
понентов не должно превышать: для нитрат-иона 10 мг]л, нитрит-иона
и иона аммония — следов, урана 0,05 мг/л и радия 5- 10 8 мг)л. Опреде-
ление остальных ненормируемых компонентов производится с целью ус-
тановления общей характеристики качественного состава исследуемых
вод. Для такой характеристики, а также для объективного контроля ка-
чества гидрохимического анализа (согласно правилам, принятым в лабо-
раториях геологической службы) следует дополнить перечень определя-
емых компонентов ионами натрия и калия, кремнекислотой и свободной
двуокисью углерода.
Изучение качества воды производится на всех стадиях по пробам,
отбираемым в процессе проведения пробных, опытных, опытно-эксплуа-
тационных откачек и при наблюдении за режимом подземных вод. Од-
новременно производится измерение температуры воды. Отбор проб на
анализы производится из оцениваемого и смежных с ним (выше-и ниже-
лежащих) водоносных горизонтов, поверхностных водотоков и водоемов.
На стадии поисков должны быть получены данные о химическом составе
воды в пределах всего распространения водоносного горизонта.
На стадии предварительной и детальной разведки по оцениваемому
водоносному горизонту отбор проб производится обязательно из всех
скважин, используемых при подсчете запасов подземных вод, а также из
всех других выработок, источников и поверхностных водоемов в зоне
влияния водозабора.
Для установления возможных изменений качества воды во времени
пробы на анализ отбираются в процессе опытных откачек и наблюде-
57
Таблица 14
Перечень физических свойств, компонентов химического состава
и бактериологических показателей, требующихся для оценки качества питьевых вод
и нормативы нх содержания в водах
Наименование показателей
Физические свойства
Температура, °C
Запах и привкус при температуре 20° С
Прозрачность по шрифту
Цвет по шкале
Муть и осадок (описательно с указанием их ха-
рактера)
Взвешенные вещества (определяются при про-
зрачности меиее 10 см)
Химический состав
Компоненты общего химического анализа
PH
Г азы:
Кислород (О2) (определяется только в открытых
водоемах)
Сероводород (H2S) (определяется при явном
ощущении запаха)
Катионы:
Кальций (Са2+)
Магний (Mg2+)
Железо общее (Fe^+Fe®*)
Железо окисное (Fe3+)
Аммоний (NH4+)
Анионы:
Гидрокарбонат (НСО3~)
Карбонат (СОз2+)
Хлор (С1-)
Сульфат (SO42 )
Нитрат (NO3~)
Нитрит (NO2“)
Прочие показатели:
Жесткость общая
Жесткость карбонатная
Окисляемость (перманганатная), мг О/л
Биохимическая потребность кислорода (опреде-
ляется только в открытых водоемах)
Сухой остаток
Микрокомпоненты:
Барий (Ва)
Кадмий (Cd)
Кобальт (Со)
Медь (Си)
Мышьяк (As)
Никель (Ni)
Ртуть (Hg)
Свинец (РЬ)
Фенолы, образующие хлорфенол
Фтор (F)
Хром трехвалентиый (Ст III)
Хром шестивалентный (Сг VI)
Цинк (Zn)
Бактериологические показатели
Нормативы
Не более 2 баллов Не менее 30 см
Не более 20°
Не более 1 мг
Не более 350 мг!л
Не более 500 мг{л
Не более 7 мг-экв/л
Не более 1000 мг]л
Не более 4,0 мг/л	
	0,01	.
я	1,0
	3,0
	0,05 .
	0,1
	0,005 ,
	0,1
	0,001 .
	1,5	.
	0,5
	0,1
	5,0
Не более 100
Общее число бактерий при посеве 1 мл нераз-
бавленной воды, определяемое числом колоний
после 24-часового выращивания при температуре
о/
58
Продолжение табл. 14
Наименование показателей
Количество кишечных палочек в 1 л воды, опле-
деляемое числом колоний на фуксинсульфитном
агаре, с применением концентрации бактерий на
мембранных фильтрах
При использовании бродильных проб титр ки-
шечной палочки
Вода не должна содержать различаемых не-
вооруженным глазом водных организмов
Нормативы
Не более 3
Не менее 300
Примечания: 1. Допустимая концентрация других вредных веществ, в том числе ра-
диоактивных, должна соответствовать нормам, устанавливаемым в каждом отдельном случае
Главной государственной санитарной инспекцией СССР.
2. В отдельных случаях, по согласованию с органами санитарного надзора, может быть до-
пущена общая жесткость воды до 14 мг • экв!л. Если использование водоисточника с большей
жесткостью оказывается вынужденным, вода должна подвергаться умягчению.
3. Использование подземных вод с большим количеством сухого остатка допускается лишь
в случае отсутствия в районе других источников, прн условии согласования с органами Главной
государственной санитарной инспекции СССР или же при условии применения метода обработки
воды, снижающего количество сухого остатка до установленной нормы.
ний за режимом из скважин и источников, характеризующих различные
гидрохимические условия. При опытных откачках пробы должны быть
отобраны в начале и конце откачек, при сложных гидрохимических усло-
виях— в конце каждой ступени понижения; при опытно-эксплуатацион-
ных откачках — в начале, в конце и 'периодически —в процессе откачек;
при наблюдениях за режимом — в различные сезоны года.
Частота отбора проб при опытно-эксплуатационных откачках и при
наблюдениях за режимом определяется 'сложностью гидрохимических
условий, и время между отборами проб может изменяться от нескольких
дней до нескольких месяцев, при этом пробы отбираются тем чаще, чем
сложнее гидрохимические условия разведуемого участка.
На стадиях поисков и предварительной разведки подземных вод для
получения общей характеристики химического состава в основном произ-
водятся сокращенные химические анализы с определением физических
свойств, pH и количественного содержания СОг своб., Са2+, Mg2+, Fe3+,
Fe2+, NH4+, НСОз-, СО32~, Cl~, SO42-, ЫОз-, NO2_, H4SiO4, общей и кар-
бонатной жесткости, окисляемости и 'сухого остатка. При наличии запаха
количественно определяется сероводород. Определение физических
свойств воды может проводиться описательно; количественная характе-
ристика физических свойств производится в случае необходимости при
окончательной характеристике воды, передаваемой в эксплуатацию.
Для более детальной характеристики химического состава вод обыч-
но в стадии детальной разведки производится полный анализ с опреде-
лением содержания помимо перечисленных компонентов ионов натрия
и калия, микрокомпонентов, указанных в табл. 15, и радиоактивных ком-
понентов. Количество полных анализов обычно может быть ограничено
4—6 пробами воды, отобранными в разные сезоны года из оцениваемого
водоносного горизонта, и 1—2 пробами воды из смежных с ним водо-
носных горизонтов в пределах месторождения (участка).
Для открытых водоемов, при сооружении инфильтрационных водо-
заборов, при проведении полного анализа воды дополнительно опреде-
ляются растворенный кислород (Ог) и биохимическая потребность кис-
лорода за 5 суток (БПКз)-
При определении микрокомпонентов в водах на стадии поисковых
работ и предварительной разведки допускается использование полуколи-
чественных спектральных (спектрохимических) методов анализа. Воз-
можность применения с этой целью разработанных в настоящее время
методов показана в табл. 15.
59
Из приведенных данных следует, что по комплексу определяемых
компонентов и чувствительности анализа наиболее подходящим является
метод ТПИ (соосаждение микрокомпонентов с гидроокисью алюминия
в присутствии сульфида натрия). Однако могут быть использованы ме-
тод ВИТР — ЛТИ (соосаждение микрокомпонентов с сульфидом кадмия
в присутствии ионов окисного железа) и полуколичественный метод ана-
лиза сухих остатков. При этом следует иметь в виду, что эти методы
несколько хуже, чем метод ТПИ: по методу ВИТР—ЛТИ не может быть
определен кадмий, а метод сухих остатков менее чувствителен при опре-
делении мышьяка и кадмия.
Таблица 15
Чувствительность спектральных (спектрохимических) методов определения
микрокомпонентов в водах
Микрокомпонент	Предельно допустимое содержание в водах, мг!л*	Чувствительность определения, мг/л				
		из сухого остатка, при минерализации 1 г/л		ТПИ	ВИТР- лти	Смешан- ный сорбент (ВИТР)
		полуко- личествен- ный метод	количест- венный метод			
Барий 		4,0	0,03	Не опр.	Не опр.	Не опр.	Не опр.
Кадмий 		0,01	0,1	0,01	0,002	Не опр.	Не опр.
Кобальт		1,0	0,03	Не опр.	0,005	0,01	0,001
Медь ....	...	3,0	0,003	0,0001	0,00006	0,003	0,01
Мышьяк		0,05	1	0,04	0,013	0,003	Не опр.
Никель		0,1	0,01	Не опр.	0,004	0,03	0,004
Ртуть		0,005	Не опр.	0,1	Не	определяется	
Свинец 		0,1	0,01	0,004	0,001	0,001	0,002
Фтор		1,5		Не	определяется		
Хром III	 Хром VI 		0,5 1 0,1 J	0,03	Не опр.	0,002	0,03	0,001
Цинк		5,0	1	0,04	0,01	0,01	0,01
* Приведено в «Инструкции по применению классификации эксплуатационных запасов под-
земных вод». Госгеолтехиздат, 1962.
По методу ТПИ (как и по другим методам) не могут быть опреде-
лены в воде ртуть, фтор, а также барий. Эти микрокомпоненты следует
определять химико-аналитическими методами.
Результаты спектральных анализов должны быть выражены в мил-
лиграммах на литр (мг/л), причем, учитывая малую точность этих ана-
лизов, данные анализа выражаются одной значащей цифрой. В тех слу-
чаях, когда полученные результаты для того или иного микрокомпонен-
та окажутся по величине того же порядка, что и нормативы предельно
допустимых концентраций или больше этих нормативов, определение
должно быть повторено химико-аналитическими методами. В качестве
окончательного результата принимается химическое определение.
Из всех водопунктов, используемых при подсчете запасов подзем-
ных вод хозяйственно-питьевого назначения, отбираются пробы и на ба-
ктериологический анализ. Количество таких проб устанавливается по
согласованию с органами Государственной санитарной инспекции. При
этом, чтобы оградить незащищенные подземные воды (аллювиальные
отложения долин рек, конусы выноса и др.) от загрязнения, проникаю-
щего тем или иным путем с поверхности земли, должна 'быть получена
более полная их бактериологическая характеристика и установлены ис-
точники их загрязнения.
60
На полный общий химический анализ воды, выполняемый методами,
принятыми в геологической службе, требуется 1,5 л пробы. Из этого же
объема могут быть выполнены определения микрокомпонентов—-бария,
мышьяка и фтора. На сокращенный анализ требуется 1 л воды.
Для химико-аналитического или спектрального определения таких
микрокомпонентов, как кадмий, кобальт, медь, никель, свинец, хром III,
хром VI и цинк, достаточно отобрать одну пробу объемом 1 л *.
Для определения радия, ртути, сероводорода, урана, фенолов, кис-
лорода и ВПК берут отдельные пробы в соответствии с существующими
методами анализа. Объем и способ отбора проб согласуются с лаборато-
рией, выполняющей анализы.
ОТБОР ПРОБ ВОДЫ НА АНАЛИЗ
Отбор проб как на общий сокращенный и полный анализ, так и на
определение микрокомпонентов производится в поллитровые стеклян-
ные или полиэтиленовые бутыли (3 бутыли на общий полный анализ и
по 2 бутыли на сокращенный общий анализ и на определение вышепере-
численных микрокомпонентов). Бутыли должны быть чисто вымыты и
ополоснуты дистиллированной водой. Перед отбором пробы каждую бу-
тыль не менее двух раз ополаскивают исследуемой водой. Полиэтилено-
вые бутыли плотно закрывают соответствующими полиэтиленовыми
крышками. Для закупорки стеклянных бутылок применяют пришлифо-
ванные стеклянные, а также корковые или обработанные в горячем па-
рафине резиновые пробки.
При отборе воды для химико-аналитического определения микро-
компонентов применяют стеклянную тару; пробу подкисляют соляной
кислотой (если вода мутная, ее предварительно фильтруют через плот-
ный фильтр и первые 0,5 л отфильтрованной воды отбрасывают). С этой
целью в бутыль с водой добавляют несколько капель 0,1%-ного раствора
метилового оранжевого и по каплям 5—10%-ную соляную кислоту до
перехода окраски из желтой в розовую.
Приготовление концентратов для спектрального анализа по мето-
дам ТПИ, ВИТР—ЛТИ или получение сухих остатков производится по
соответствующим руководствам (Резников, Муликовская, Соколов, 1963;
Методическое руководство по определению микрокомпонентов в природ-
ных водах при поисках рудных месторождений, Госгеолтехиздат, 1961).
При исследовании вод для питьевых целей отбор проб воды можно
производить после откачки из устья скважины непосредственно в тару,
в которой проба будет направлена на анализ. Следует иметь в виду, что
при таком способе отбора газовый состав пробы и pH воды могут значи-
тельно измениться, однако такое изменение практически мало отразится
на оценке питьевых качеств воды.
При отборе проб на стадии детальной разведки, при отсутствии по-
стоянного излива воды, проба должна забираться после непрерывной
откачки и не раньше, чем будет получено одинаковое содержание ионов
хлора и железа не менее чем в трех контрольных пробах, взятых во вре-
мя откачки с промежутками не менее одного часа.
Отбор, хранение и транспортировка проб на санитарно-бактериоло-
гичеокий анализ осуществляются по ГОСТ 5215—50. Поскольку пра-
вильный отбор проб на бактериологический анализ является основной
предпосылкой получения высококачественных результатов, желательно
* Сравнительно небольшой объем пробы на химико-аналитическое определение
перечисленных микрокомпонентов объясняется тем, что при требуемой небольшой чув-
ствительности анализа (за исключением определения кадмия) на определение ряда
компонентов можно брать объемы проб значительно меньшие, чем указывается в ме-
тодических руководствах, описывающих методы анализа применительно к гидрогео-
хнмпческим поискам рудных месторождений.
61
отбор проб на бактериологические анализы поручать тем организациям,
которые эти анализы производят.
К каждой пробе, отбираемой на химический анализ, ‘составляется
сопроводительный документ (паспорт), который должен содержать сле-
дующие сведения:
1)	название организации, отобравшей пробу;
2)	номер пробы;
3)	на какой вид анализа отобрана проба;
4)	название водопункта и его номер;
5)	адрес водопункта;
6)	глубина взятия пробы, м\
7)	краткая характеристика водовмещающих пород и их индекс;
8)	условия и методика отбора пробы (в том числе — продолжи-
тельность откачки);
9)	особые условия, влияющие на качество воды водопункта;
10)	температура воды, °C;
11)	прочие физические свойства (описательно);
12)	дата отбора пробы;
13)	фамилия отбиравшего пробу.
Кроме того, приводятся вышеуказанные контрольные анализы на
ионы хлора и железа во 'время откачки.
Воду следует подвергать исследованию в день отбора пробы. В 'слу-
чае невозможности проведения анализа в день отбора проба хранится
в прохладном месте (ледник, погреб и т. п.), но не более трех суток с мо-
мента отбора.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ХИМИЧЕСКИХ АНАЛИЗОВ ВОДЫ
Качество выполняемых анализов оценивается в соответствии с инст-
рукцией по внутрилабораторному контролю качества химических анали-
зов воды, выполняемых лабораториями МГиОН СССР (Резников и др.,
1963). Эта инструкция предназначена для полных и сокращенных анали-
зов воды, выполняемых в стационарных лабораториях.
Внутрилабораторный контроль качества гидрохимического анализа
осуществляется по двум направлениям: 1) выполнение контрольных оп-
ределений и 2) взаимная увязка данных анализа.
Химический анализ воды может подвергаться значительным изме-
нениям при хранении пробы. Поэтому контроль анализа путем выполне-
ния контрольных определений из разных бутылок и тем более в разное
время является достаточно надежным средством проверки качества ра-
боты аналитика лишь в тех случаях, когда проба воды предварительно
консервируется на те или иные компоненты, (см. «Справочник гидрогео-
лога», 1962 г. и различные методические руководства по анализу воды).
Там, где предварительная обработка пробы воды невозможна или слиш-
ком осложнена, в частности при определении главных солеобразующих
и газовых компонентов воды, в качестве основного способа контроля
применяется взаимная увязка данных гидрохимического анализа.
Инструкцией предусматриваются два вида контроля по взаимной
увязке данных анализа: 1) по эквивалентному содержанию ионов и 2) по
сухому остатку.
Общий контроль анализа по эквивалентному
содержанию ионов. Проверка качества анализа по данному спо-
собу возможна только для полного анализа воды, когда эксперимен-
тально определены все главные солеобразующие анионы и катионы
(натрий, калий, кальций, магний, хлор-, сульфат-, гидрокарбонат-, кар-
бонат- и нитрат-ионы). Погрешность анализа в процентах (X) вычисля-
ется по формуле
62
-^Ьт100’
где А и К — соответственно суммы анионов и катионов, мг -экв]л.
Для массовых гидрохимических анализов, в частности на этапах
поисковых работ и предварительной разведки, допускается следующая
погрешность анализа:
Минерализация воды анионов
(катионов), мг-экв/л
Погрешность анализа,
отн. % (±)
Более 15
5-15
3-5
Менее 3
2
5-2
10-5
Не установлена
Примечания. !. Меньшей минерализации соответствует бо-
лее высокая допускаемая погрешность.
2. Для промежуточных значений каждого интервала концентра-
ций применяется среднее значение допуска.
3. Для особо ответственных и арбитражных анализов допускаемая
погрешность уменьшается вдвое.
Общий контроль анализа по сухому остатку. Про-
верка качества анализа по данному способу возможна как для полного,
так и для сокращенного анализа воды (в сокращенном анализе вычис-
ленная «по разности» сумма ионов натрия и калия в мг • экв!л пересчиты-
вается условно на ион натрия в мг]л).
Экспериментальный сухой остаток не может быть меньше вычислен-
ного сухого остатка (сумма весовых количеств всех главных солеобра-
зующих ионов и кремнекислоты, причем гидрокарбонат-ион суммирует-
ся в половинном количестве) и не должен сильно превышать его (исклю-
чение составляют лишь воды с большим содержанием взвешенных ве-
ществ или растворенных органических веществ). Допустимое расхожде-
ние между экспериментальным и вычисленным сухим остатком при окис-
ляемости воды менее 5 мг О2/л не должно превышать:
Вычисленный сухой остаток (В), мг{л
Допустимое превышение
экспериментального сухого
остатка (Э) над вычисленным
До 100
100—500
500-5 000
5 000-10 000
Более 10000
30 мг)л
50 мг/л
10% отн.
10—5% отн.
5% отн.
.Примечания. 1. Вычисление относительных процентов по-
грешности анализа производится по формуле-g-100.
2. Для особо ответственных и арбитражных анализов допусти-
мая погрешность уменьшается вдвое.
Указанной инструкцией установлены также допустимые расхожде-
ния между повторными определениями для большинства компонентов
при проведении внутрилабораторного контроля. Эти допуски опублико-
ваны в книге А. А. Резникова, Е. П. Муликовской и И. Ю. Соколова
(1963).
Положение о внешнем контроле качества химических анализов во-
ды не разработано, так как надежность ^такого контроля не всегда убеди-
тельна в связи с изменением химического состава воды при продолжи-
63
тельном хранении проб. Однако не следует и слишком преувеличивать
значение этого фактора, особенно для некоторых устойчивых компонен-
тов и для предварительно консервируемых проб.
Необходимы рекомендации по проведению внешнего контроля до
10% всех анализируемых проб и, в частности, необходим обязательный
контроль за качеством вод тех водоисточников, которые исследуются на
стадии детальной разведки.
№ п/п	Наимено- вание водопункта	Дата отбора пробы	Физические свойства						
			темпера- тура, ' С	запах	прозрач- ность	цвет	муть и оса- док	взвешен- ные вещества, мг[л	
									
Химический состав						Сумма анионов (А), мг-эк81л	
Анионы: числитель, мг/л; знаменатель, мг-экв/л							
нсоз	СО2 3	С1	so,2"	NO,"	NO,		
							
Примечания. L Одновременно с приводимыми -результатами определения мнкрокомпо
2. Под общей минерализацией подразумевается сумма в мг/л всех иоиов '(>гид-рокарбонат-
3. Формула анализа воды пишется по принципу формулы Курлова и представляет псевдо
анализом анионов, если их количество равно или более единицы, а в знаменателе — аналогичное
к меньшему.
Для оценки качества выполненных рядовых и контрольных анализов
по внешнему контролю можно руководствоваться следующим. При со-
блюдении требований взаимной увязки данных анализа по эквивалент-
ному содержанию ионов и по сухому остатку, полной прозрачности и
отсутствию осадков в отобранных пробах допустимые расхождения
между основными и контрольными определениями для наиболее устой-
чивых компонентов (Na+, К+, Mg2+, Cl-, SO42") не должны значительно
превышать указанных в инструкции величин: для менее устойчивых
компонентов (НСОз-, Са2+, МОз~, Н2ЗЮз, окисляемость, сухой остаток)
допустимые расхождения могут быть в два-три раза больше, чем в нор-
мативах для внутрилабораторного контроля; по микрокомпонентам, яв-
ляющимся вредными примесями (Ba, Cd, Со, Си, As, Ni, Ra, Hg, Pb, U,
Cr III, Сг VI, фенолы, Zn), результаты анализов могут быть приняты,
если найденное основным и контрольным анализом количество микро-
компонента не превышает его допустимого содержания в питьевой воде.
64
По растворенным газам (СО2, H2S, Ог) и таким компонентам, как NH4+,
суммарное и окисное железо, нитр.ит-ион, внешний контроль может быть
осуществлен только при отборе специальных проб.
ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗОВ
Результаты анализов воды приводятся в виде таблиц по следую-
щей форме:
Химический состав
H4SiO4,f лгг/л
Жесткость, мг-эка/л		Окисляемость, мг'л О
общая	карбонатная	
		
БПК5| мг{л
Химический состав
Бактериологические показатели
Сухой остаток, мг1л
эксперимен-
тальный
вычисленный
Общая
минерализация
(М), мг}л
Формула
анализа
воды, % ЭКв
общее число
бактерий
в 1 мл воды
количество
кишечных
палочек
в 1 л воды
коли-титр
неитов указывается, какие методы '(химические или спектральные) были использованы для анализа,
ион суммируется полностью) и кремнекислоты.
дробь, в числителе которой приводятся содержания в процеит-зквивалеитах всех найденных
содержание катионов. Расположение ионов в формуле производится от большего содержания
Пример:
НСО372 CHI SO4IO NO37
Na 60 Са 25 Mg 14 К 1
Результаты определения СОг своб., катионов Na+, К+, Са2+, Mg2+,
анионов НСО3“, СО32-, Cl-, SO42-, NO3~, кремнекислоты, сухого оста-
тка (экспериментального и вычисленного) и общей минерализации
(в мг]л) приводятся с точностью целых чисел; окисляемости, кислорода
и сероводорода — с точностью одного десятичного знака; Fe2+, Fe3+,
NH4+, NO2- и всех микрокомпонентов — в зависимости от чувствитель-
ности и точности примененной методики анализа, но не больше, чем
с точностью двух значащих цифр (например, 0,25; 0,010; 0,0055 и т. п.).
Результаты (в мг*жв1л) для всех ионов приводятся с точностью до
второго десятичного знака. Результаты в % же даются с точностью
целых чисел.
5 Зак. 627	65
Глава VI
ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Изучение режима подземных вод является одной из составных
частей комплекса гидрогеологических исследований, проводимых для
оценки эксплуатационных запасов подземных вод как на поисково-раз-
ведочных стадиях изысканий месторождений подземных вод, так и при
эксплуатации уже разведанного месторождения подземных вод ( на су-
ществующих водозаборах).
Ввиду того, что вопросы изучения режима подземных вод в районах
действующих водозаборов освещены в главах V и VII, в данной главе мы
остановимся лишь на вопросах изучения естественного режима подзем-
ных вод.
ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО РЕЖИМА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ СТАДИЯХ
ИЗЫСКАНИЙ ПОД ВОДОЗАБОРЫ
Опыт работы Государственной комиссии по запасам полезных иско-
паемых (ГКЗ) показывает, что изучение и анализ естественного режима
подземных вод при разведке месторождений подземных вод и оценке их
эксплуатационных запасов во многих случаях проводится недостаточно
целенаправленно и качественно. Наиболее общими, чаще всего встреча-
ющимися недостатками при организации и изучении режима подземных
вод являются следующие:
1.	Наблюдательная сеть закладывается нерационально, без доста-
точно продуманной системы и без необходимого на то обоснования. В ре-
зультате такая сеть нередко не характеризует всего разнообразия видов
и разновидностей режима подземных вод на участке проектируемого во-
дозабора.
2.	Наблюдения проводятся в весьма непродолжительные промежут-
ки времени (часто всего лишь около одного года) и при этом получен-
ные таким образом короткие ряды наблюдений не увязываются с много-
летним ходом режима подземных вод.
3.	В методах оценки размеров восполнения запасов подземных вод
по установившемуся шаблону расчет ведется по наблюдавшейся сезон-
ной амплитуде колебаний уровня подземных вод (независимо от разно-
образия граничных условий и оценки обеспеченности таких амплитуд
в многолетнем аспекте).
Все это не может не сказаться на точности расчетов эксплуатацион-
ных запасов подземных вод и не дает необходимой уверенности в их
обеспеченности во времени.
Размещение наблюдательной сети в районе проектируемого водо-
забора должно быть подчинено тем задачам, которые перед ней ставят-
66
ся, и тем методам, которыми эти задачи будут решаться. В связи с этим
ниже мы кратко остановимся как на основных задачах изучения режи-
ма подземных вод в районах водозаборов, так и на некоторых методах
их решения.
К задачам изучения естественного режима подземных вод на пои-
сково-разведочных стадиях можно отнести следующие.
1.	Определение по данным наблюдений за режимом подземных вод
ряда основных расчетных гидрогеологических параметров. К ним могут
быть отнесены:
а)	минимальные и средние мощности или напоры водоносных гори-
зонтов, т. е. исходные статические уровни подземных вод и в соответст-
вии с ними —определение максимально возможных допустимых пониже-
ний уровня при эксплуатации;
б)	коэффициенты уровне-и пьезопроводности;
в)	недостаток насыщения пород в зоне колебаний уровня подземных
вод и водоотдача;
г)	водопроводимость водоносного горизонта;
д)	коэффициенты упругоемкости пласта и др.
2.	Уточнение граничных условий водоносного горизонта в зоне вли-
яния проектируемого водозабора (уточнение степени гидравлической
связи водоносного горизонта с рекой, зависимости режима грунтовых вод
от осадков, испарения; уточнение взаимосвязи с другими водоносными
горизонтами и т. д.).
3.	Оценка размеров естественного восполнения (питания) водонос-
ного горизонта и обоснование возможных изменений размеров питания
в процессе работы водозабора.
Остановимся кратко на вопросах, связанных с перечисленными выше
задачами изучения режима подземных вод и методах их решения.
УЧЕТ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ МОЩНОСТИ
ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА
Значение изучения естественного режима подземных вод для опре-
деления расчетной мощности водоносного горизонта в различных гидро-
геологических условиях не одинаково. Особенно оно важно, когда ам-
плитуды колебаний уровней подземных вод соизмеримы с мощностью
водоносного горизонта и составляют существенную (более 10%) часть
от нее. Для оценки степени значимости и необходимости учета естествен-
ных колебаний уровня подземных вод далеко не всегда требуется сна-
чала провести ряд длительных наблюдений и лишь затем решать этот
вопрос. Во многих и даже в большинстве случаев это можно решить за-
ранее, руководствуясь установленными достаточно четкими региональ-
ными закономерностями режима подземных вод.
Размеры амплитуд колебаний уровней подземных вод в пределах
определенного участка изысканий зависят от ряда различных факторов,
но главным образом от литологического состава водовмещающих пород
и пород зоны аэрации, глубин залегания подземных вод и геоморфоло-
гического строения участка.
Изучение закономерности изменения амплитуд колебаний уровня
подземных вод от глубины их залегания показывает, что с увеличением
этих глубин амплитуды колебаний уровня грунтовых вод сначала воз-
растают, а затем постепенно затухают (рис. 2). При малых мощностях
зоны аэрации (до 0,5 м) в любых геоморфологических условиях и в лю-
бых породах амплитуды колебаний уровня грунтовых вод также малы,
так как лимитируются мощностью зоны аэрации (за счет испарения и
поверхностного сброса избытка воды при насыщении зоны аэрации). По
5*	67
мере увеличения зоны аэрации до определенных глубин идет увеличение
амплитуд колебаний уровня грунтовых вод, так как размеры испарения
с глубиной уменьшаются, а величина инфильтрации осадков сохраня-
ется.
При дальнейшем же увеличении глубин залегания грунтовых вод
происходит уже уменьшение амплитуд их колебаний, так как инфиль-
трующиеся осадки в значительной своей части расходуются на повыше-
ние влажности зоны аэрации и испарение из нее, а также за счет регу-
лирующей роли зоны аэрации, рассредоточивающей питание грунтовых
вод во времени.
Мощность ионы аэроции.
Амплитуда, м
01234567
2Р-	°
Рис. 2. Графики зависимости амплитуды колебаний уровня подземных вод от мощности зоны
аэрации:
л —в песках (Белорусская гидрогеологическая станция); б —в суглинках (Прикаспийская гидро-
геологическая станция); в —в глинах, мергелях (Уфимская гидрогеологическая станция); г —
в трещиноватых породах (Уфимская гидрогеологическая станция); д — в известняках (Северо-
Западная гидрогеологическая станция)
Анализ большого фактического материала показывает, что при су-
глинистом строении зоны аэрации уже при мощностях ее свыше 10—12 м
годовые амплитуды колебаний уровней 'составляют всего несколько сан-
тиметров (до 20). В песчаных отложениях аналогичные амплитуды ко-
лебаний уровней наблюдаются на несколько больших глубинах — в сре-
днем до 15—20 м, а в трещиноватых и закарстованных породах — до
50 м и более. Свыше указанных глубин в условиях платформ амплиту-
ды колебаний уровня более 1 м встречаются весьма редко и поэтому
при мощностях или напорах водоносных горизонтов, превышающих 15—
20 м, вопрос о необходимости изучения естественного режима подземных
вод для целей уточнения обеспеченности во времени мощности водонос-
ного горизонта (или величина напора для напорных вод) может быть
исключен *.
В горных районах из-за больших градиентов и высокой степени
активности водообмена большие амплитуды колебаний уровней подзем-
ных вод могут фиксироваться и до значительно больших глубин.
При малых глубинах залегания подземных вод, а также особенно
при малых мощностях водоносных горизонтов наблюдения за режимом
подземных вод приобретают уже большое значение. При этом особенно
важно получить представление о многолетних колебаниях уровней под-
* Это, конечно, не значит, что для других целей, о которых будет сказано ниже,
наблюдения также не потребуются.
68
земных вод, которые имеют большое значение для выбора расчетных
величин мощности или напора водоносного горизонта.
Многолетние наблюдения, проводимые многочисленными гидрогео-
логическими станциями страны, показывают, что колебания уровней
подземных вод имеют место не только в течение различных 'сезонов го-
да, но и в многолетнем разрезе. Анализ многолетних колебаний уровней
подземных вод позволил многочисленным исследователям режима под-
земных вод выделить определенную цикличность в колебаниях их уров-
ней, В частности, выделяются циклы продолжительностью 3—5, 11—13,
20—22, 35 и даже 100 лет. Наиболее четкими циклами, фиксируемыми
всеми исследователями, являются одиннадцатилетние циклы колебаний
уровней подземных вод, хорошо увязываемые с соответствующими по
продолжительности циклами солнечной активности.
1В92г 1895г 1900г 1995г 1919г 1915г !920г 1925г 1935г 1935г 1990г 1995г 1950г 1955г 1950г 1955г
Рис. 3. Многолетнее изменение уровня грунтовых вод в шурфе 1 (по состоянию иа 1/XI)
/ — среднегодовые глубины уровней грунтовых вод (по фактическим наблюдениям); 2 — прогноз-
ные среднегодовые глубины по Г. Ф. Басову
Размеры многолетних колебаний уровней подземных вод могут дос-
тигать значительных размеров. Так, например, многолетняя амплитуда
колебаний уровня по колодцу № 1 в Каменной степи, наблюдаемому
с 1892 г., составляет 4 м и более по среднегодовым уровням (рис. 3). При
этом надо отметить, что колодец № 1 заложен в суглинках с прослоями
песка, где питание ограниченно и сезонные колебания уровней редко
достигают 2 м. В песчаных и скальных породах, где сезонные амплитуды
колебаний уровней достигают 5—10 м, а в закарстованных породах —
20 м и более, многолетние амплитуды уровней могут быть еще больши-
ми (рис. 4).
Таким образом,исследователю далеко не безразлично, а наоборот,
необходимо знать, в какой период цикла проводились изыскания для во-
доснабжения, к периоду ли минимума или к периоду максимума отно-
сится тот или иной год или ряд лет, по которым имеются данные о режиме
подземных вод. Ибо вполне понятно, что выбор расчетного значения
мощности водоносного горизонта по годам, совпадающим с максималь-
ным положением уровней, может привести к существенному завышению
запасов подземных вод, а при малых мощностях водоносного горизонта
может вообще поставить под угрозу само существование водозабора.
В ряде районов страны гидрогеологи, занимающиеся разведкой
подземных вод и оценкой их запасов, уже пришли к необходимости при-
вязки лет изысканий к многолетним закономерностям режима подзем-
ных вод. Так, например, в Казахстане уже установлено наличие следую-
щих друг за другом 6—9 засушливых лет, после которых идет ряд лет
с повышенной обводненностью рек и питанием подземных вод (это, ви-
димо, также связано сП — 13-летними циклами). Однако в большинстве
других случаев многолетние закономерности колебаний уровней подзем-
ных вод не учитываются, что неизбежно приводит к существенным
ошибкам.
69
Суммируя вышесказанное, необходимо еще раз подчеркнуть, что
изучение естественного режима подземных вод имеет особенно большое
значение для оценки возможных сезонных и тем более многолетних ко-
лебаний уровней подземных вод в следующих случаях:
1)	в карстовых районах в зоне активного водообмена, характеризу-
ющейся резкой .изменчивостью режима подземных вод, где амплитуды
колебаний уровней подземных вод могут нередко даже превышать мини-
мальные мощности водоносных горизонтов;
2)	для малых речных долин с небольшими глубинами залегания и
мощностями водоносных горизонтов, когда амплитуды колебаний уров-
ней составляют существенный процент от мощности горизонта, и осо-
бенно тогда, когда расход реки 95%-ной обеспеченности соизмерим
с проектируемым отбором воды;
Рис, 4. Графики многолетних колебаний уровня по скважинам,
расположенным в бассейне р. Саи-Габриэль
3)	для междуречных пространств с небольшими глубинами залега-
ния и мощностями водоносных горизонтов, в условиях ограниченного
их восполнения, когда многолетние колебания уровней подземных вод
достигают значительных величин, также соизмеримых с мощностью во-
доносного горизонта.
Для правильного выбора расчетных мощностей водоносного гори-
зонта или амплитуд колебаний уровней с учетом многолетнего хода ко-
лебаний уровня подземных вод совсем не обязательно проводить на уча-
стке изысканий наблюдения за режимом подземных вод в течение де-
сятков лет. Для этого достаточно иметь наблюдения продолжитель-
ностью в 1—2, лучше 3 года, а затем «нарастить» ряд наблюдений за
прошлые годы по коррелятивным зависимостям между режимом под-
земных вод и основными режимообразующими факторами или по анало-
гии с режимом уровня подземных вод по другим скважинам, наблюдав-
шимся сравнительно продолжительные промежутки времени.
Как известно, режим подземных вод в какой-либо конкретной точке
или на площади формируется под воздействием большого числа изменя-
ющихся во времени режимообразующих факторов: атмосферных осад-
ков, влажности и температуры воздуха, влажности зоны аэрации, глу-
бины и продолжительности промерзания поверхности земли и др. Однако
данными о длительных наблюдениях за всеми этими факторами гидро-
геологи, как правило, не располагают, да и учет их в совокупности
весьма трудоемок. Поэтому при имеющей место точности наших расче-
тов в большинстве случаев для определения мощности водоносного го-
ризонта достаточно учитывать связь режима уровня грунтовых вод лишь
70
с двумя-тремя основными режимообразующими факторами, наблюдения
за которыми, как правило, имеются повсеместно и при этом для доволь-
но длительных периодов, например, с атмосферными осадками и режи-
мом уровней или расходов рек.
Для получения многолетних значений изменений мощностей водо-
носного горизонта могут быть использованы коррелятивные связи (пар-
ная корреляция):
1)	между мощностью водоносного горизонта и расходом ближайшей
реки, дренирующей этот горизонт;
2)	между мощностью горизонта и уровнем этой же реки;
3)	между мощностью горизонта и суммой атмосферных осадков за
год, за зимний период и, наконец,
4)	между мощностью исследуемого водоносного горизонта и мощ-
ностью горизонта другого участка — аналога (более изученного).
Наиболее четкими, проверенными во многих районах страны, зави-
симостями являются две первые.
Влияние режима рек на режим подземных вод проявляется на
сравнительно ограниченных площадях в виде узких полос вдоль рек
шириной от нескольких десятков или сотен метров (в песчано-глини-
стых отложениях) до нескольких километров (в галечниках и сильно
трещиноватых или закарстованных породах).
Однако расходы и, следовательно, уровни рек в межень находятся
в тесной зависимости от размеров подземного стока и, следовательно,
от мощностей грунтовых вод (или напоров напорных вод гидравлически
связанных с реками), независимо от того, находится ли исследуемая
часть водоносного горизонта в зоне непосредственного влияния рек или
далеко за ее пределами — на террасах или на прилегающих водоразде-
лах. Следовательно, для таких сопоставлений могут быть взяты все
скважины, находящиеся даже вне зоны непосредственного влияния
реки, но обязательно расположенные в бассейне реки, с режимом кото-
рой устанавливается коррелятивная связь (конечно, если скважина
располагается не очень далеко от реки, когда влияние подземного
стока может сказаться на речном стоке лишь с весьма большим отста-
ванием). Кроме этого, основным условием является то, что для сопо-
ставлений должны приниматься меженные данные как по расходам
или уровням рек, так и по подземным водам.
Наилучшие результаты дают сопоставления предвесенних мини-
мальных расходов рек и мощностей водоносного горизонта, когда рас-
ход рек обеспечивается только подземным стоком. В ряде случаев
удовлетворительные результаты можно получить и при коррелировании
летних меженных уровней рек и подземных вод. Однако в дождливые
годы летняя межень четко не фиксируется и поэтому хорошей корре-
ляции может не получиться. В этих случаях лучше всего брать данные
по предвесеннему периоду, характеризующемуся для большинства рай-
онов как минимальными уровнями и расходами рек, так и минималь-
ными уровнями подземных вод. В это время также исключается какое-
либо влияние поверхностного стока на подземный сток.
Зависимость уровней подземных вод от расходов или уровней
воды в реках выражается в основном кривой параболического
вида (рис. 5 и 6). Установив характер этой зависимости по короткому
ряду наблюдений за режимом уровня грунтовых вод на участке водо-
забора и зная многолетние данные по расходам или уровням рек в ме-
женный период, можно легко по графику определить соответствующие
минимальные уровни подземных вод для каждой конкретно взятой
скважины уже на более продолжительный период.
Большим преимуществом этого способа удлинения коротких рядов
наблюдений является то, что для установления связи режима уровня
подземных вод с режимом рек достаточно одного года наблюдений за
71
режимом подземных вод, так как для получения кривой зависимости
расходов или уровней рек от уровней подземных вод может быть взято
несколько замеров в пределах зимнего спада (независимого режима)
уровней.
При отсутствии рек или длительных на них наблюдений аналогич-
ное удлинение рядов наблюдений можно проводить по установлению
Рис. 5. График связи размеров поверхностного стока (W) и амплитуды колебаний уровней
фунтовых вод (ДА)
связи между мощностью водоносного горизонта и суммой атмосферных
осадков за год или лучше за зимний период. Этот способ менее точен и
требует минимум трех лет наблюдений за режимом уровня грунтовых
вод на участке водозабора.
Рис. 6. Графики зависимости уровней подземных вод от расходов воды
в реках:
а — график зависимости уровня подземных вод .'(по скв. М-35-26-2) от рас-
хода воды р. Тури (у г. Ковеля); б — график зависимости уровня под-
земных вод (по скв. 21) от расхода воды р. Купавеики
И, наконец, последний способ удлинения коротких рядов наблюде-
ний, проводимых при изысканиях под водозаборы — коррелирование
данных этих наблюдений с длинными рядами наблюдений по опорным
гидрогеологическим пунктам, проводимым многочисленными гидрогео-
логическими станциями, расположенными по всей стране. В настоящее
время такая опорная сеть создается и частично уже существует. Опор-
ная сеть заложена на основе гидрогеологического районирования по
условиям формирования режима подземных вод в типичных для боль-
ших территорий гидрогеологических условиях. Коррелирование режима
уровня грунтовых вод между скважинами, отстоящими друг от друга
72
до 100 км, но находящимися в сравнительно одинаковых гидрогеоло-
гических условиях, показывает довольно высокую степень связи (рис. 7).
Лучше всего при этом увязываются данные по режиму грунтовых вод
междуречных пространств и террас, формирующемуся главным образом
под воздействием климатических факторов, сравнительно мало изме-
няющихся на таких (до 100 км) расстояниях.
Таким образом, имея данные по длинным рядам наблюдений по
шорным скважинам, расположенным в аналогичных условиях, можно
подобными вышеописанными способами (установив кривую связи)
нарастить короткий ряд наблюдений по скважинам на водозаборе.
1мс. 7. Зависимость коэффициента корреляции уровней подземных вод от расстояния между
скважинами
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГОЙ ВОДООТДАЧИ ПЛАСТА
И КОЭФФИЦИЕНТА ПЬЕЗОПРОВОДНОСТИ ВОДОНОСНОГО
ГОРИЗОНТА ПО ДАННЫМ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА РЕЖИМОМ
УРОВНЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
Упругая водоотдача водоносного пласта, так же как и коэффициент
пьезопроводности, может быть определена по данным наблюдений за
изменениями уровней подземных вод, происходящих под влиянием
изменений атмосферного давления.
О связи колебаний уровня подземных вод с атмосферным давле-
нием известно еще с начала XVIII в. Этому явлению посвящено много
работ: Н. Н. Биндеман, 1938 г.*; С. Jacob, 1940; D. Todd, 1959;
Е. П. Яковлев, 1959; В. М. Шестаков, 1965 и др. Однако до сих пор
-то явление еще недостаточно широко используется для определения
гидрогеологических параметров в практике гидрогеологических иссле-
дований.	1	?
Как известно, с увеличением атмосферного давления уровни воды
г скважинах понижаются, дебиты родников также снижаются,
г с уменьшением атмосферного давления, наоборот, уровни и дебиты
повышаются. Наиболее четко это явление фиксируется в напорных
водах, однако и в грунтовых водах, например зимой, когда зона аэрации
проморожена, или летом, когда в отдельных случаях, после выпавших
осадков в верхней части зоны аэрации образуется подвешенная капил-
лярная кайма, препятствующая быстрому проникновению изменений
атмосферного давления вглубь до водоносного горизонта, также наблю-
даются колебания уровней воды в скважинах под влиянием атмосфер-
* См. в кн. Г. Н. Каменского и др., 1938.
73
ного давления, так как в таких случаях водоносный горизонт становится
как бы межпластовым.
Отношение изменений уровня подземных вод ЛИ, вызванное
соответствующим изменением атмосферного давления NPa, называется
барометрической эффективностью В, которая вычисляется по формуле
«=<'	(VI. 1)
где у — объемный вес подземной воды, который для пресных вод
равен 1 г!см3.
Величина В является гидрогеологическим параметром, зависящим
от упругих свойств водоносного горизонта. Джекоб приводит следующее
выражение барометрической эффективности:
О__ аЕ$
aEs+ Ew ’
(VI, 2)
где а —пористость водоносного пласта;
Es — модуль упругого сжатия пласта (или скелета пород водо-
носного горизонта);
Ew— модуль упругого сжатия воды, равный 22 000 кг/см2.
В гидрогеологической литературе (Щелкачев, 1959) часто можно
встретить другие константы упругости воды (pw) и породы (ps), обрат-
ные указанным модулям:
₽ю=4-и ₽.=4-> <vi’з)
где — коэффициент упругоемкости или объемной упругости воды,
равный для пресных вод 4,5-10-5 смЧкг (или
ps —коэффициент упругоемкости пород, слагающих водоносный
горизонт, изменяющийся в зависимости от состава и структуры
пород в значительных пределах: от 0,26 • 10-5 до 2 • 10-5.
Для гидрогеологических же расчетов важно знать коэффициент
упругоемкости горизонта — р*, который, определяется упругими свойст-
вами как пласта, так и воды:
₽* = + P.s- или ₽*	+ 4" •	(V1,4)
Для определения р* неизвестная Es (или ps) может быть найдена
из формулы (VI, 2):
=	W 5)
при условии, что по данным фактических наблюдений определена баро-
метрическая эффективность пласта (В) и известна его пористость (а).
После чего, подставляя выражение (VI, 5) в уравнение (VI, 4), получаем:
?» = -5^.	(VI. 6)
Зная коэффициент фильтрации (k) и коэффициент упругоемости
водоносного пласта (р*), можно уже определить коэффициент пьезо-
проводности водоносного горизонта (а):
a = _fe	(VI, 7)
р*	а
Полученные таким путем коэффициенты пьезопроводности, как по-
казала практика, хорошо согласуются с таковыми, определенными по
данным опытных откачек.
74
Для определения барометрической эффективности необходимо, что-
бы наблюдательные скважины были оборудованы самописцами. Даже в
этом случае не всегда с достаточной точностью можно уловить начало
изменений в режиме уровня подземных вод по лимниграмме, связанных
с началом изменений атмосферного давления по барограмме, так как
режим подземных вод формируется под влиянием многих факторов.
В связи с этим вычисленные величины барометрической эффективности,
полученные при разных определениях, дают определенный разброс (чего
не должно быть, так как величина В для каждой скважины является
постоянной). Поэтому для определения В целесообразно сначала нане-
сти все их значения на графики (рис. 8), осреднить их какой-то прямой
Рис. 8. Графики зависимости относительных из-
менений уровня от атмосферного давления (из
материалов Кембрийской гидрогеологической
станции)
а — график колебаний уровня воды и атмосфер-
ного давления по скважине в районе пос. Кол-
туши; б — график зависимости относительных из-
менений уровня от атмосферного давления
в районе пос. Колтушн
и только затем определять величину В, как tga. Размеры барометриче-
ской эффективности для разных водоносных горизонтов колеблются от
0,2 до 0,8, но чаще от 0,5 до 0,6.
Определение барометрической эффективности возможно не только
в условиях естественного режима подземных вод, но также и в усло-
виях слабо нарушенного режима, где искусственные колебания уровня
не настолько резки и часты, чтобы не заметить колебаний уровней,
происходящих под влиянием изменений атмосферного давления. Кстати,
размеры таких колебаний могут достигать 20—25 см.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СВЯЗИ
ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА С РЕКОЙ
Как мы уже указывали, наблюдения за режимом подземных вод
могут быть использованы и для уточнения граничных условий, в кото-
рых будет работать будущий водозабор. Примером этого может служить
оценка, по данным наблюдений за режимом подземных вод степени гид-
равлической связи водоносного горизонта с рекой, определяемой сте-
пенью заиленности русла реки, несовершенством вреза реки, сопротив-
лением ложа реки, кольматацией пор водовмещающих пород в при-
75
русловой зоне и другими причинами. Анализ режима работ водозаборов
показывает, что уровни подземных вод очень часто отрываются от
уреза реки даже при наличии стабилизации уровней и дебитов. Степень
такого отрыва уровней может быть различной. На рис. 9 показаны три
различных варианта отрыва уровней подземных вод:
а)	уровень подземных вод оторвался от уреза реки, но на проти-
воположной стороне реки понижения уровня грунтовых вод не наблю-
дается;	<
б)	уровень грунтовых вод на противоположной стороне реки сни-
зился, но вместе с тем он еще не оторвался от дна реки (т. е. вос-
Рис. 9. Схемы типов гидравлической связи поверхност-
ных и подземных вод в процессе их эксплуатации:
а — сравнительно хорошая; б — плохая; в — практиче-
ски отсутствует
полнение из реки осуществ-
ляется за счет фильтрации
речных вод, а не дождева-
ния) и, наконец,
в)	уровень грунтовых
вод снизился ниже дна реки,
из которой имеет место дож-
девание.
В первых двух случаях
расчет запасов подземных
вод (дебитов эксплуата-
ционных скважин) может
осуществляться по обычным
формулам для инфильтра-
ционных водозаборов (Форх-
геймера, Маскета-Лейбензо-
на и др.), как для полуогра-
ниченного пласта, с той
лишь разницей, что вместо
расстояния до реки, равно-
го а, должны приниматься
расстояния с учетом степе-
ни заиленности русла, рав-
ные а+А/. Неучет гидрав-
лического сопротивления
русла может привести к
резкому завышению расчет-
ных дебитов водозабора
(иногда в два с лишним раза), особенно если расчеты ведутся по фор-
мулам, где расстояние до реки входит не под логарифмом, а прямо
(например, по Маскету-Лейбензону).
В третьем случае расчет должен вестись уже как для неограничен-
ного пласта. Размеры дождевания при этом будут «автоматически»
учитываться в параметрах.
Из сказанного видно, как важно знать степень заиленности русла.
Определить ее можно двумя методами.
1. В естественных условиях А/ может быть определена по формуле
В. М. Шестакова (1965) для створа, состоящего из двух скважин, рас-
положенных вблизи реки по потоку грунтовых вод:

(VI, 8)
где Н\ —мощность или уровень подземных вод водоносного горизонта
в ближайшей к реке скважине;
/7Р — мощность водоносного горизонта на урезе реки;
Н2—мощность водоносного горизонта во второй от реки скважине;
Xi — расстояние скв. 1 от реки;
х2— расстояние скв. 2 от реки.
76
2.	В нарушенных условиях (по данным откачек или наблюдений
на действующих водозаборах) также по двум скважинам методом,
предложенным Е. Л. Минкином, путем подбора значений а по формуле:
$	1g _^2_
— = —о, Гп = а для напорных вод, (VI, 9)
S2 .	— Р)
g b
и по формуле
lg 2^°.
(2Я0 — «1)	к г(|
Ы^-М~= , 2(^-6Г ДЛЯ ГРУНТОВЫХ вод’
g Ь
(VI, 10)
где Sj и s2— понижения соответственно в скв. 1 и скв. 2 (в данном
случае скв. 1—эксплуатационная, а скв. 2 расположена
между скв. 1 и рекой);
а0 — расстояние водозабора до реки;
b — расстояние наблюдательной скважины от водозабора;
Но — мощность водоносного горизонта до откачки.
Подставляя в правые части
указанных формул различные
значения а, строится график за-
висимости а от а. После чего,
зная фактически полученное при
si
откачке значение а = — или
s, (2/Tn-s,)	, S2
а= s2(27/0-s2) с г₽аФика снима-
ется истинное расчетное значение
величины ар.
Более точные результаты мо-
гут быть получены по двум на-
блюдательным скважинам по со-
отношению
Рис. 10. Графики зависимости отношения
lg2(a—6,)
а =----. , (VI, И)
2 (д;- ь2)	7
g ь2
где 61 и Ь2— расстояние соответ-
ственно первой и
второй наблюда-
тельных скважин от
® ь
от расстояния (а) до реки для определения
расчетного значения в условиях заиленного дна
реки
центральной.
Для случая, когда в результате эксплуатации снижение уровня
наблюдается за рекой, в расчет необходимо брать данные по скважине,
расположенной за рекой, так как в ней более полно учитывается
степень связи водоносного горизонта с рекой. На рис. 10 приведен при-
мер расчета расстояния до реки по Курскому водозабору, произведен-
ный для двух случаев:
1) для водозабора и наблюдательной скважины, расположенной
между водозабором и рекой (при 6 = 60 м);
2) для водозабора и наблюдательной скважины, расположенной
за рекой (при 6 = 120 м).
Как видно из рис. 10, во втором случае величина ар получена
несколько большей (165 м), чем в первом (150 м). Определив опытным
путем отношение истинного расстояния водозабора до реки к расчет-
ному
Др
= Д, отражающего степень заиленности и сопротивления
77
ложа реки, необходимо все расчеты запасов подземных вод инфильтра-
ционных водозаборов, проводившиеся без учета степени гидравлической
связи, соответственно уменьшить, помножив их на величину Д.
В. М. Шестаков (1965) предложил метод определения сопротивле-
ния русла реки (ДА) для неустановившегося режима фильтрации,
имеющего место во время паводка. Исходя из параболической зависи-
мости изменений уровня в реке и зная отношение мощностей водонос-
ного горизонта в наблюдательной скважине и в реке
определить ЛА из уравнения
& ТАкв
д//р
можно
AZ, = X£L
(VI, 12)
где х — расстояние скважины до уреза реки;
t—• время между пиком уровня в реке и пиком уровня в скважине;
а — коэффициент уровнепроводности пласта;
т — величина, определяющаяся по табл. 16.
Таблица 16
Д/7 Д//р	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,65
т	0,09	60,214	0,36	0,53	0,77	1,11	1,65	2,07	1,34
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ УРОВНЕПРОВОДНОСТИ
И КОЭФФИЦИЕНТОВ ФИЛЬТРАЦИИ ПО КОЛЕБАНИЯМ
УРОВНЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД,
ПРОИСХОДЯЩИХ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПАВОДКОВ
Для всех инфильтрационных водозаборов, восполнение запасов
подземных вод в районе которых осуществляется главным образом
за счет поверхностных вод, особенно важно знать фильтрационные
свойства зоны, расположенной между водозабором и поверхностным
водотоком или водоемом. Даже откачками эта зона не всегда может
быть охарактеризована достаточно качественно (особенно, если водо-
забор расположен сравнительно далеко от реки и если скважины
несовершенны). Наблюдения за режимом уровня подземных вод во
время паводка позволяют определить усредненные для данной зоны
параметры. Впервые этот метод был предложен Н. Н. Биндеманом
(1957) и получил свое дальнейшее развитие в работах А. В. Лебедева
(1961 г.), П. А. Киселева (1961 г.), В. М. Шестакова (1965) и др. При-
ведем три предложенных Н. Н. Биндеманом наиболее широко приме-
няемых способа определения параметров, основанных на использовании
конечно-разностных уравнений.
Первый метод основан на наблюдениях за режимом подземных вод
по двум скважинам, одна из которых располагается близ уреза реки
(либо по одной скважине и данным колебаний уровня в реке). Лучше
же всего иметь три скважины, расположенные на равных расстояниях
(х) друг от друга.
Время повышения горизонта реки разбивается не менее чем на
8—10 интервалов. Затем производится расчет депрессионной кривой
в конечных разностях и строится график, по оси абсцисс которого
откладываются номера расчетных сечений, а по ординатам — повыше-
ния уровней воды за время t, вычисленные для этих сечений (рис. 11).
78
Коэффициент уровнепроводности определяется по формуле
___km _ пх2
а~~^Г 2N2t
(VI, 13)
где п — число интервалов времени, при котором производится расчет
в конечных разностях;
х — расстояние скважины от реки;
N — абсцисса точки на графике, ордината повышения уровня в ко-
торой равна повышению уровня воды в скважине;
t — время, в течение которого происходит повышение уровня воды.
Аналогичный метод определения коэффи-
циента уровнепроводности также для двух сква-
жин, расположенных на расстоянии к, предло-
жил В. М. Шестаков (1965). Зная изменения
уровня водоносного горизонта в наблюдатель-
ном (АЯ) и граничном (Д№) пьезометрах за
период времени t, коэффициент уровнепроводно-
сти а определяется по формуле
х2
а~ 4X2Z ’
где X —величина, определяющаяся по табл. 17.
Второй метод Н. Н. Биндемана основан на
определении площади насыщения пласта (К),
ограниченной депрессионной кривой до паводка
и при паводке на любой промежуток времени t
в пределах его (рис. 12, а). Для определения
этой площади необходимо минимум две наблю-
дательные скважины (но чем больше, тем лучше — точнее результаты
расчета). Одна из скважин размещается непосредственно у реки. Опре-
делив на разрезе планиметром эту площадь F, а также зная мощности
водоносного горизонта по двум скважинам до паводка и спустя какое-то
Таблица 17
Номера расчетных сечении
Рис И. Кривая повышения
уровня грунтовых вод, рас-
считанная по методу конеч-
ных разностей
(VI, 14)
н	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,15	0,1
Но											
X	0	0,055	0,115	0,18	0,26	0,35	0,44	0,57	0,71	0,82	0,95
время (t) в течение паводка (или лучше на период максимума паводка),
можно определить:
km Л В f Н	АП 1
а~~ р- ~ 4 H-Hzpt V Hzp ’	<VI’ 15)
где F— площадь насыщения пласта, т. е. объем породы, насыщенной
при паводке водой на единицу длины берега реки;
Н— повышение горизонта воды в ближайшей к реке скважине за
все расчетное время t.
Нср вычисляется по формуле
/Ус₽ = -4г(2Ц2^ + Я2 + /73 + ... +	) , (VI, 16)
где п — число замеров подъема уровня грунтовых вод в ближайшей к
реке скважине во время паводка через равные промежутки
времени At, включая замер перед паводком Нр, a Hi,
Н2 ..., Нп — повышение уровня воды в ближайшей к реке
скважине по отношению к меженному уровню воды, замерен-
ные через равные промежутки времени At.
79
Третий метод. Вблизи реки, за пределами паводкового затопления,
закладываются две скважины по линии, перпендикулярной к берегу
водохранилища, на расстоянии I друг от друга (рис. 12, б). По этим
скважинам в течение времени t производятся ежедневные замеры уров-
ней воды с последующим определением их разности 1Д/Л, ЛН:,
АЯ3, ..., АНп, которые при направлении потока от реки к берегу счи-
таются положительными. Расчет производится по формуле
уровнепроводности
где
Д = -^-(	+ ... +ДЯ„_1);
(VI, 18)
п — число разностей уровней воды в скважинах, определенных через
равные промежутки времени, включая уровень перед паводком
ДЯь
Fi-2 — площадь насыщения, ограниченная кривыми депрессии до
паводка, и при его максимуме, а также линией MN, проходя-
щей посредине между скважинами № 1 и № 2.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДООТДАЧИ ПОРОД
Водоотдача пород (при снижении уровней) или недостаток на-
сыщения пород в зоне колебаний уровня грунтовых вод (при повыше-
нии уровня) могут быть определены по уравнению Г. Н. Каменского
в конечных разностях при наличии трех наблюдательных скважин. Так,
например, при спаде уровня в зимнее время, когда инфильтрация равна
нулю, водоотдача пород в пределах зоны колебаний уровня может быть
определена по формуле
^=2^^^^ +	^)~(h2 + hs)(H2--Hs), (VI, 19)
где hi, h2 и Аз—-мощности водоносного горизонта соответственно е
первой, второй и третьей скважинах;
Hi, Н2 и Н3 — напоры водоносного горизонта также в первой, второй
и третьей скважинах в условиях наклонного водо -
упора (см. рис. 13).
Лх — расстояние между скважинами.
80
При разных расстояниях между скважинами и /2-з данное
уравнение может быть выражено следующим образом:
__ Ik М / hx 4 h2
&Н (Л—2 4 Л—з) \	2
Н.-Нг \
Л-2	/
hj 4~ h3 . Н2 — Нз
2	Л-з
(VI, 20)
При горизонтальном водоупоре это уравнение принимает более
простой вид
_ Ik М /
ДЛ/ (0-2 + Л>-з) (
Вопросам определения водо-
отдачи и недостатка насыщения
пород посвящено много работ
А. В. Лебедева, Г, Н. Каменско-
го, Н. Н. Биндемана и др.
ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННОГО
ПИТАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД/
Оценка естественного пита-
ния или естественного восполне-
ния запасов подземных вод явля-
ется одним из основных элемен-
тов в общем комплексе гидрогео-
логических исследований на уча-
стках водозаборов. Размеры
естественного восполнения запа-
сов подземных вод определяют: будет ли эксплуатация подземных вод
вестись в условиях установившегося режима в течение неограниченно
большого промежутка времени или, наоборот, эксплуатация подземных
вод приведет к неизбежному истощению их запасов. Таким образом,
оценка естественного восполнения запасов подземных вод необходима
для определения обеспеченности во времени эксплуатационных запасов
и возможности их изъятия.
Кроме того, оценка естественного питания подземных вод позволяет
определить тот минимум эксплуатационных запасов (без привлекаемых
запасов и сработки статических запасов), на который можно рассчи-
тывать в течение неограниченно большого промежутка времени.
Как мы уже отмечали вначале, расчеты сезонного восполнения за-
пасов подземных вод, исходя из практики ГКЗ, производятся чаще всего
недостаточно обоснованно. Расчеты, как правило, ведутся по амплиту-
дам колебаний уровня подземных вод, полученным в результате одного-
двух лет наблюдений, т. е. без необходимого обоснования обеспечен-
ности этих амплитуд в многолетнем разрезе. Кроме того, размеры
восполнения определяются во всех случаях либо непосредственно по
величине амплитуды колебаний уровня, наблюдавшейся за этот проме-
жуток времени, либо увеличивая ее по прямолинейной зависимости на
какую-то величину Д/г (по Биндеману, 1963), учитывающую постоянство
размеров стока во времени, независимо от изменений мощности водо-
носного горизонта. Такой подход, не учитывающий различий в условиях
формирования режима подземных вод в разных природных условиях,
не может не привести к существенным ошибкам.
Методы оценки размеров питания подземных вод для разных видов
их режима должны быть различными, учитывающими генетические раз-
личия условий формирования режима подземных вод и, в частности,
характер и условия их питания.
Особенно важно учитывать это для грунтовых вод. Так, в пределах
участка изысканий могут быть выделены четыре наиболее распростра-
(j Зак. «27	81
ценных вида режима грунтовых вод: приречный (или прибрежный),
террасовый, склоновый и междуречный (или водораздельный). Разный
характер режима грунтовых вод этих видов, приуроченных к опреде-
ленным геоморфологическим элементам, определяется главным образом
отличием граничных условий участков распространения водоносных
горизонтов в пределах этих геоморфологических элементов, а также
нередко и различием литологического состава водовмещающих пород,
глубин залегания грунтовых вод, а следовательно, и разными условия-
ми возможности инфильтрации атмосферных осадков до грунтовых вод,
различием почв, растительности и других факторов, формирующих и
определяющих особенности режима грунтовых вод.
Не останавливаясь на значении и влиянии каждого из перечислен-
ных выше факторов в формировании режима грунтовых вод, охаракте-
ризуем лишь различие в методах оценки размеров питания грунтовых
вод в различных гидрогеологических условиях, характеризующихся
разными видами режима грунтовых вод.
Приречный вид режима. Режим подземных вод приречного
вида, а следовательно, и амплитуды колебаний уровней грунтовых при-
речных зон находятся в тесной зависимости от режима поверхностных
вод, амплитуды колебаний уровня грунтовых вод в приречной зоне опре-
деляются в основном подъемом уровня поверхностных вод. При этом
с подъемом уровня воды в реке (для зон, где реки дренируют грунтовые
воды) происходит подпор грунтовых вод, т. е. их разгрузка в этот
момент прекращается. Следовательно, только для приречного вида ре-
жима грунтовых вод амплитуда колебания уровня грунтовых вод в
чистом виде или зона (заштрихованная) насыщения (см. рис. 12),
образовавшаяся при подъеме уровня грунтовых вод, характеризует точ-
но размеры восполнения запасов грунтовых вод на период их питания.
Поэтому только для приречного вида режима грунтовых вод для рас-
чета естественного восполнения запасов подземных вод могут быть
взяты непосредственно наблюдавшиеся амплитуды колебаний уровня
грунтовых вод.
Во всех же остальных случаях необходимо учитывать то, что при
подъеме уровня грунтовых вод во время их питания одновременно
происходит увеличение размеров стока (или разгрузки) этих вод.
Наблюдаемые же изменения в уровнях грунтовых вод представляют
собой разность как увеличившегося питания, так и увеличившейся
разгрузки грунтовых вод. Учитывая то обстоятельство, что в процессе
эксплуатации условия естественной разгрузки грунтовых вод резко
изменяются (и она вообще может отсутствовать, так как весь поток
грунтовых вод будет направлен в сторону водозабора), необходимо по
данным режимных наблюдений установить размеры естественного
питания грунтовых вод в полном объеме.
Для рек среднеазиатского типа (постоянно питающих грунтовые
воды) размеры восполнения запасов грунтовых вод на единицу длины
потока для приречного вида режима во время паводка могут быть
приближенно оценены по формуле
Q =/г • ДЛср/ср Д£,	(VI, 22)
где Д/1Ср — средняя амплитуда подъема уровня воды в реке или в сква-
жине, расположенной у уреза реки (рис. 14),
Zcp — средний уклон потока между двумя скважинами
г __	+ Д/Zj) — (h} — Д/г,)
7сР—	Ьх	’
82
Ax — расстояние между двумя скважинами;
k — коэффициент фильтрации;
А£ — период паводка.
Рис. 14. Расчетная схема для определения размеров
питания грунтовых вод в приречной зоне (для рек
среднеазиатского типа)
Террасовый вид режима характеризуется относительной
стабильностью, т. е. сравнительно малыми колебаниями уровней грун-
товых вод. Это связано прежде всего с тем, что развитые в тыловых
частях террас или пойм заболоченные понижения, озера или просто
участки с близким от поверхности земли залеганием уровня грун-
товых вод (рис. 15) как бы
стабилизируют колебания уро-
вня грунтовых вод за счет по-
вышенного в этих частях испа-
рения, а также капиллярного
и поверхностного сброса из-
лишков воды. Таким образом,
террасовый вид режима опре-
деляется своеобразными усло-
виями формирования режима
грунтовых вод, которые могут
быть схематизированы, по тер-
минологии Ф. М. Бочевера, как
«пласт-полоса», с постоянными
напорами на границах пласта,
товых вод со стороны террас
В таких условиях размеры оттока грун-
во времени существенно изменяться не
могут.
Рис. 15. Схема граничных условий для участков с приреч-
ным, террасовым и склоновым видами режима
Амплитуда колеба-
ний уровня при террасо-
вом виде режима может
быть с достаточной для
практических целей точ-
ностью определена при
помощи графического
приема, предложенного
Н. Н. Биндеманом (1963).
Этот прием заключается
в следующем: по этапу
спада уровня, происходя-
щего в условиях отсутствия питания (например, в зимний период, когда
зона аэрации проморожена, или летом при отсутствии дождей), когда
грунтовые воды только расходуются подземным стоком, определяется
темп этого спада. Во время подъема уровня весной на какую-то вели-
чину Аг (рис. 16) предполагается, что темп подземного стока сущест-
венно не изменился. Поэтому, продолжив графически спад уровня за
время питания грунтовых вод А/, определяют точку А, до которой сни-
зился бы уровень грунтовых вод при отсутствии их питания. В резуль-
тате истинная (расчетная) величина амплитуды подъема уровня Ай]
отличается от фактически наблюдавшейся амплитуды Az на величину
х, достигающую иногда значительных размеров. Аналогичным образом
определяются амплитуды подъемов уровня и в другие периоды пита-
ния грунтовых вод (Дй2, Айз, ..., ДАП), после чего размеры годового
восполнения запасов грунтовых вод определяются по формуле
Q = S(Aft„ ДЛ2, ДЙ8)ИЛ
(VI, 23)
где р — недостаток насыщения пород в зоне аэрации;
г— площадь рассматриваемого участка с данным видом режима
грунтовых вод.
6*	83
Склоновый вид режима характеризуется слабой связью с
атмосферными осадками, которые в условиях сильно расчлененного
рельефа главным образом расходуются на поверхностный сток. Пита-
ние же грунтовых вод склонов осуществляется в основном за счет
транзитных вод — со стороны водораздела и разгрузки подземных вод
из межпластовых водоносных горизонтов. В результате подъемы и
спады уровней грунтовых вод хорошо коррелируются с таковыми на
междуречных пространствах и следуют за ними с определенным отста-
ванием. Разгрузка грунтовых вод на склонах осуществляется либо в
виде источников, либо в виде скрытых очагов в тыловых частях террас.
И в том, и в другом случае условия формирования режима грунтовых
вод на склонах могут быть схематизированы в виде полуограниченного
пласта с постоянным напором на нижней границе пласта. Выход водо-
носного горизонта на поверхность (непосредственный или скрытый)
приводит к тому, что в условиях отсутствия питания идет снижение
Рис. 16. Схема расчета размеров питания грунтовых вод при
террасовом виде режима
уровня грунтовых вод, подчиняющееся определенной закономерности
так называемого «независимого режима», описанной уравнением
Майэ-Буссинеска:
Q=Qoe~at,	(VI, 24)
где Q — дебит источника в момент времени t;
Qo — дебит источника в начальный момент (при прекращении пита-
ния подземных вод);
t—время с начала прекращения питания подземных вод;
а — коэффициент истощения.
Учитывая, что между мощностью водоносного горизонта и рас-
ходами источников существует прямая зависимость, а также, что уклоны
потока в период питания меняются несущественно, можно (по аналогии
с уравнением VI, 24) записать данные уравнения относительно мощно-
сти водоносного горизонта в соответствии с обозначениями, представ-
ленными на рис. 17, следующим образом:
=	(VI, 25)
где Яп-н — искомая величина превышения мощности водоносного гори-
зонта в районе наблюдательной скважины над уровнем раз-
грузки вод на время tn+i',
Нп — известное значение превышения мощности водоносного го-
ризонта за наблюдавшееся ранее время tn',
0 — коэффициент, учитывающий степень связи расхода и мощ-
ности водоносного горизонта.
После определения коэффициента а коэффициент 0 легко опреде-
ляется из уравнения (VI, 25) и в дальнейших расчетах может быть при-
нят величиной постоянной.
84
Коэффициент истощения а может быть определен на любом отрезке
независимого спада уровня грунтовых вод (т. е. при отсутствии пита-
ния) по формуле
In Hn_i — In н„	,	,,,,
а = —'tn — tnX	= con st.	(VI, 26)
Для определения размеров питания грунтовых вод по скважинам,
расположенным на участках, характеризуемых склоновым видом ре-
жима, необходимо время
подъема уровня (от ми-
нимального его положе-
ния и до максимума) раз-
делить на равные проме-
жутки времени. При этом
чем более дробно будет
разбит данный отрезок,
тем точнее будет резуль-
тат. Однако для практи-
ческих целей достаточно
выделить лишь четыре
промежутка времени (ti,
t2, is и ti) и рассчитать
для каждого из них ам-
Рис. 17. Схема расчета размеров питания грунтовых вод
(в м) при склоновом виде режима
плитуду подъема уровня
грунтовых вод (A/ii, Д/г2,
ЛЛз и Д/г4; см. рис. 17).
Так, например, для первого промежутка времени (ti—t0), соответ-
ствующего началу подъема, положение уровня или мощность водонос-
ного горизонта (И/), которая была бы при отсутствии питания грун-
товых вод в момент времени Л можно определить по формуле (VI, 25),
как //1'=Яое“а(Л“/,,).
Однако в результате питания мощность горизонта стала равна Нг.
Следовательно, размеры питания за данный промежуток времени могут
быть определены как (Hi—Hi) =Ahi.
В следующий промежуток времени (t2—Л), если бы питание со
времени ii прекратилось, уровень грунтовых вод снизился бы ко вре-
мени t2 до Н2 =Hie~a(t',~t'\ а следовательно, размеры питания за это
время определяются как Н2—H2=Ah2. Аналогичным образом опреде-
ляются амплитуды подъема уровня грунтовых вод и за периоды
времени t2—13 и t3—tc АНз=Нъ—Н3, где Н'ъ=Н2е~а(-1:,~^ и Ыи = Нз—
—Ht, где Н^ = H3e~a(t'~t^.
Суммарное питание грунтовых вод W за весь период питания Д/,
таким образом, может быть определено на единицу площади как
И7-Д^=(Д/г1 + ДЛ2 + ДЛ3 + ДЛ4)-Н
(VI, 27)
где р — водоотдача пород.
Междуречный вид режима. Междуречный (или водораз-
дельный, по Г. Н. Каменскому) вид режима характеризуется тесной
связью колебаний уровня грунтовых вод с атмосферными осадками.
Условия формирования режима грунтовых вод междуречных прост-
ранств могут быть схематизированы как «неограниченный пласт». При
равномерном питании грунтовых вод (что может быть принято при
сравнительно однородном геологическом строении участка изысканий
и небольших вариациях глубин залегания грунтовых вод в пределах
зоны влияния будущего водозабора) подъем их уровня происходит
85
параллельно первоначальным уровням (рис. 18, а). Следовательно,
уклоны поверхности грунтовых вод (/) в момент подъема уровня прак-
тически не изменяются. Учитывая же то, что фильтрационные свойства
водоносного горизонта в этот момент также не меняются, становится
понятным, что размеры подземного стока в таких условиях практически
прямо пропорциональны изменениям мощности водоносного горизонта
и зависят лишь от нее. В соответствии с этим, рассчитав в период
отсутствия питания размер (или темп) подземного стока как —~ ,
v	hi + Л? /
при средней мощности —%— = «ср для данного периода, можно затем
определить изменения размеров стока при любом положении уровня
грунтовых вод (по прямой зависимости величины стока в метрах от
средней мощности водоносного горизонта за любой другой промежуток
б
Рис. 16. Схема расчета размеров питания грунтовых вод (в м) при между-
речном виде режима:
а — измерение подъема уровня грунтовых вод во время их питания; б —
расчленение графика колебаний уровня грунтовых вод и определение рас-
четной амплитуды подъема уровня .(Ah)
(VI, 28)
времени). Амплитуда колебаний уровня грунтовых вод A/t для меж-
дуречного вида режима, следовательно, может быть определена по
формуле (рис. 18, б) Ah = z+x,
где
х__ (hi — h?) (hi + h^ Д/
(hr + th)
Все обозначения иллюстрируются рис. 18 б.
ОЦЕНКА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПИТАНИЯ ВО ВРЕМЕНИ
Определенные одним из четырех приведенных выше методов ампли-
туды колебания уровня еще не могут быть положены в основу
расчета естественного восполнения запасов подземных вод. Наблю-
давшиеся амплитуды при коротких периодах наблюдений могут ока-
заться случайными, не характеризующими ни среднемноголетних
амплитуд, ни тем более амплитуд 95%-ной обеспеченности. Поэтому
так же, как и при определении обеспеченности во времени мощностей
водоносных горизонтов, необходимо провести соответствующий анализ
по оценке обеспеченности наблюдавшихся амплитуд колебаний уровней
грунтовых вод в многолетнем разрезе.
Для этой цели, так же как и при анализе изменений во времени
мощностей водоносного горизонта, необходимо определить основные
режимообразующие факторы, от которых зависят размеры амплитуд
колебаний уровней, установить с этими факторами коррелятивные за-
висимости (графические или аналитические) и затем, имея длительные
периоды наблюдений за этими факторами, нарастить короткие ряды
наблюдений за колебаниями уровня подземных вод.
86
Для большинства случаев основным режимообразующим фактором,
определяющим размеры амплитуд колебаний уровня, является режим
поверхностных вод и атмосферных осадков. Поэтому для удлинения
рядов наблюдений могут быть использованы две основные зависимости:
1) между амплитудой колебаний уровня поверхностных вод и
амплитудой подземных вод и
2) между суммой атмосферных осадков и амплитудой подземных
вод.
Первая зависимость может быть использована лишь для приреч-
ного вида режима, где режим подземных вод в основном определяется
режимом поверхностных вод. Амплитуды колебаний уровней подземных
вод, следовательно, теснейшим образом связаны с амплитудой поверх-
ностных вод, уменьшаясь, как правило, с удалением от реки (рис. 19).
в
Рис. 19. Графики зависимости амплитуд колебаний уровня грунтовых вод
от расстояния до реки:
а — ъ суглинках, р. Куберле (Раздорский пост); б — в песках с галькой,
р. Ангара; в — в песках с галькой, р. Печора; г — в галечниках, р. Еинсей;
д — в песках, р„ Волга (Безенчукско-Спасский пост); е —в известняках,
р. Волга (Образцовокий пост)
Поэтому, зная амплитуды колебаний уровней грунтовых вод и поверх-
ностных вод за один или два года, можно также составить длинный
ряд данных об амплитудах колебаний уровней по известному длин-
ному ряду наблюдений по ближайшему гидрометрическому створу.
На остальных территориях основным режимообразующим факто-
ром являются атмосферные осадки. При этом годовая амплитуда
колебаний уровней, определяемая главным образом по разности между
весенним максимумом и предвесенним минимумом уровня подземных
вод, зависит в основном от суммы осадков за зимний период или от
запасов воды в снеге. Построенные многочисленные графики зависимо-
сти весеннего подъема уровня грунтовых вод от запасов воды в снеге
показывают наличие либо почти прямой (рис. 20, а), либо параболиче-
ского вида зависимости (рис. 20, б). Для большей части районов страны
характерно, что величина весеннего подъема уровня определяет вели-
чину всей годовой амплитуды колебаний уровня грунтовых вод; поэтому
выявленная закономерность может явиться основной для экстраполя-
ции данных по амплитудам колебаний уровней в зависимости от сум-
мы зимних осадков. Для этого с ближайшей к району изысканий ме-
теостанции могут быть получены данные по зимним осадкам по всему
существующему периоду наблюдений. При этом в сумму зимних осадков
87
вод не было, можно снять п|
ний уровней грунтовых вод,
Рис. 20. Графики зависимости вели-
чины весеннего подъема уровня грун-
товых вод от запасов воды в снеге
(из материалов гидрогеологической
станции Центрально-черноземной по-
лосы)
а — прямолинейная зависимость; б —
параболическая зависимость
могут быть отнесены все осадки, выпавшие за период с устойчиво отри-
цательными температурами воздуха.
По данным конкретных наблюдений за режимом уровня грунтовых
вод предварительно устанавливается зависимость амплитуд колебаний
уровня (в м) от суммы зимних осадков (в мм), для чего необходимо
минимум три года наблюдений. После этого, зная количество зимних
осадков за предыдущие годы, когда наблюдений за режимом грунтовых
мо с графика величины амплитуд колеба-
оответствующие величинам зимних осад-
ков за предыдущие годы. Таким образом,
на основании этих зависимостей может
быть получен длинный ряд многолетних
амплитуд колебаний уровня грунтовых
вод для участка водозабора, который
уже можно статистически обрабатывать.
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ
СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Полученные указанными выше спо-
собами многолетние данные по мощно-
стям водоносных горизонтов и амплиту-
дам уровней подземных вод на участке
гидрогеологических исследований под
водозабор позволяют уже правильно
выбрать для расчета тот или иной пара-
метр на основе статистического анализа
имеющихся его значений. В частности,
на основании полученных данных могут
быть определены в зависимости от при-
нятой схемы расчета запасов подземных
вод необходимые для него: 1) средние
многолетние мощности и амплитуды ко-
лебаний уровней подземных вод;
2) мощности и амплитуды колебаний
уровней подземных вод разной степени
обеспеченности; 3) интервалы макси-
мально возможных отклонений значений
уровней подземных вод от средних,
требующем пояснений определении сред-
немноголетних значений указанных параметров, кратко поясним прин-
цип построения графика обеспеченности. Графики обеспеченности
широко внедрены в практику гидрогеологических исследований. В гид-
рогеологических же работах они еще не нашли необходимого примене-
ния, несмотря на то, что их значение очевидно и для гидрогеологиче-
ских работ. При анализе и обобщении массового материала как по
мощностям и амплитудам колебаний уровней подземных вод, так и в от-
дельных случаях и при выборе других расчетных параметров (особенно
для региональных обобщений) должна быть дана оценка этих данных с
точки зрения их обеспеченности как во времени, так и в пространстве.
При построении графика обеспеченности (рис. 21) по оси ординат
откладываются значения мощностей, амплитуд или какого-либо другого
расчетного параметра, а по оси абсцисс — обеспеченность в процентах.
Затем вычисляется выражение одного из значений в процентах, прини-
мая за 100% сумму всех значений. После этого, суммируя по-
следовательно значения оцениваемого параметра от большего из них к
меньшему, в процентах, откладываются эти суммы на график. В каче-
Не останавливаясь на не
88
стве примера приведем график обеспеченности амплитуд колебаний
уровней грунтовых вод по одному из месторождений подземных
вод в Казахстане. Всего имеется 33 значения амплитуд от 0,26 до
0,92 м. Следовательно, каждое из этих значений соответствует 3%.
Следовательно, против минимального значения амплитуды отклады-
вается точка соответствующая 3%, против следующего — 6% и т. д.
Соединив все точки, построенные таким путем, получим кривую обес-
печенности, с которой, задаваясь любой степенью обеспеченности (97,
95, 50% и др.), можно легко получить соответствующую им амплитуду
колебаний уровня подземных вод. Аналогичным путем могут быть
получены и разной степени обеспеченности мощности водоносного го-
ризонта, а также другие параметры.
Из математической стати-
стики известно, что точность
представлений о средних (на-
пример, среднемноголетних
уровней подземных вод или их
амплитуд) и возможных от-
клонений от этих средних ам-
плитуд зависит от продолжи-
тельности периода наблюде-
ний. Поэтому при наличии ог-
раниченного числа наблюдений
исследователь не всегда может
достаточно обоснованно опре-
делить как среднемноголет-
нюю, так и любой другой обе-
спеченности величину искомо-
го параметра.
В ЭТИХ СЛучаЯХ ДЛЯ полу- рис, 21. график обеспеченности амплитуд колеба-
чения представлений О ВОЗ-	ний уровня грунтовых вод
можных колебаниях уровня
подземных вод (или их амплитуд) могут быть использованы известные
в математической статистике приемы, использующие: 1) метод довери-
тельных интервалов и 2) правило «трех сигм».
Анализ наблюдений за режимом подземных вод при помощи дове-
рительных интервалов позволяет определить те пределы а и Ь, между
которыми расположатся все значения или подавляющая их часть из
бесконечно большого числа наблюдений с наперед заданной точностью.
Эти пределы могут быть определены из формул:
а --	и b =	,	(VI, 29)
У п	У п
где Н — среднемноголетнее значение мощности водоносного горизонта
(или амплитуды колебаний уровня),
h
h
'LHi — сумма значений всех отдельных наблюдений Я;
=1
п — число наблюдений или так называемый объем выборки (при
п<30, вместо п принимается п— 1);
а — среднеквадратичное отклонение,
h
S (Hi-ну
z=i
и- 1	’
89
ta — распределение Стьюдента. Определяется по
мости от доверительной вероятности (а) и
(см. табл. 18).
таблице в зависи-
числа наблюдений
Таблица 18
Распределение нормированных отклонений ta в зависимости от объема выборки
(п—1) и вероятности (а)
а п	0,7	0,8	0,9	0,95	0,98	0,99
1	1,96	3,08	6,31	12,71	31,82	63,66
2	1,39	1,89	2,92	4,30	6,97	9,93
3	1,25	1,64	2,35	3,18	4,54	5,84
4	1,19	1,53	2,13	2,78	3,75	4,60
5	1,16	1,48	2,02	2,57	3,37	4,03
6	1,19	1,44	1,94	2,45	3,14	3,70
7	1,12	1,42	1,90	2,37	3,00	3,50
8	1,11	1,40	1,86	2,30	2,90	3,36
9	1,10	1,38	1,83	2,46	2,82	3,25
10	1,09	1,37	1,81	2,23	2,76	3,17
11	1,09	1,36	1,80	2,20	2,72	3,11
12	1,08	1,36	1,78	2,18	2,68	3,06
13	1,08	1,35	1,77	2,16	2,65	3,01
14	1,08	1,35	1,76	2,14	2,62	2,98
15	1,07	1,34	1,75	2,15	2,60	2,95
16	1,07	1,34	1,75	2,12	2,58	2,92
17	1,07	1,33	1,74	2,11	2,57	2,90
18	1,07	1,33	1,73	2,10	2,55	2,88
19	1,07	1,33	1,73	2,09	2,54	2,86
20	1,06	1,33	1,72	2,09	2,53	2,85
21	1,06	1,32	1,72	2,08	2,52	2,83
22	1,06	1,32	1,72	2,07	2,51	2,82
23	1,06	1,32	1,71	2,07	2,50	2,81
24	1,06	1,32	1,71	2,06	2,49	2,80
25	1,06	1,32	1,71	2,06	2,49	2,79
26	1,06	1,32	1,71	2,06	2,48	2,78
27	1,06	1,31	1,70	2,05	2,47	2,77
28	1,06	1,31	1,70	2,05	2,47	2,76
29	1,06	1,31	1,70	2,05	2,46	2,76
30	1,06	1,31	1,70	2,04	2,46	2,75
оо	1,03	1,28	1,65	1,96	2,33	2,58
Таким образом, задаваясь определенной вероятностью (или надеж-
ностью а) точности значений параметра, можно, используя доверитель-
ные интервалы, устанавливать пределы возможного разброса значений
искомого параметра Н или Д/г. С целью создания определенного запаса
«прочности» в гидрогеологических расчетах особенно важно знать
минимальные пределы колебаний Н или Д/г (чаще всего 95%-ной обес-
печенности). Гарантированные значения показателей Н или Д/г могут
вычисляться одновременно для нескольких доверительных вероятно-
стей, затем наноситься на график зависимости гарантированного значе-
ния показателя от доверительной вероятности а. График строится на
специальной вероятностной бумаге (рис. 22). Значения искомого пара-
метра могут быть затем сняты с графика в зависимости от необходимой
степени обеспеченности расчетов.
Применение доверительных интервалов, строго говоря, возможно
лишь для нормального закона распределения, однако учитывая, что в
большинстве случаев колебания уровней подземных вод подчиняются
нормальному или биномиальному законам распределения, а также то,
что при большом числе наблюдений (значений п) вероятность событий,
связанных с биномиальным распределением, с хорошим приближением
может быть описана с помощью нормального закона распределения
90
(теорема Лапласа), доверительные интервалы могут быть использованы
в практике гидрогеологических исследований достаточно широко (прак-
тически для любого случая).
Лишь при весьма ограниченном числе наблюдений для применения
доверительных интервалов необходима проверка закона распределения
(для избежания резкого занижения параметров). Проверка нормаль-
ности распределения производится при помощи критерия «хи»-квадрат
(х2), на описании которого мы останавливаться не будем, так как этот
метод достаточно подробно изложен во всех курсах математической
статистики.
Другим более грубым приемом оценки возможного разброса зна-
чений параметров является применение правила «трех сигм» (За) или
трехсигмовых пределов, основанного на установленной в математиче-
ской статистике закономерности, заключающейся в том, что все зна-
чения искомых величин (99,7%), как
правило, укладываются в пределах
±3а от среднемноголетнего значения
этой величины.
Исходя из этого и рассчитав сред-
нюю многолетнюю величину мощности
водоносного горизонта или среднемного-
летнюю амплитуду колебаний уровня
подземных вод, а также, определив
среднеквадратическое отклонение значе-
ний (а) от этих средних, можно опреде-
Рис. 22. График заилениости
лить минимальное значение мощности
или амплитуды, отняв от среднемноголетнего значения величину, рав-
ную За.
Установлено, что 95% всех значений располагается в пределах от
минус 1,96а до плюс 1,96а (по обе стороны от среднего значения иско-
мого параметра). Все значения выбираемого параметра, выходящие за
эти пределы, могут рассматриваться как случайные, не характерные,
вызванные либо результатом какой-либо ошибки, либо каким-нибудь
случайным стечением обстоятельств.
Полученные путем доверительных интервалов или сигмовых преде-
лов минимальные значения параметра могут быть использованы также
для определения средних минимальных значений данного параметра по
формуле
•^ср.мип
х + -Кмин
(VI, 30)
где х — среднее арифметическое значение;
?; — минимальное значение.
Глава VII
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Гидрологические исследования и расчеты являются в некото-
рых случаях (особенно при разведках береговых водозаборов) важней-
шим элементом обоснования эксплуатационных запасов подземных вод.
Поэтому для обеспечения необходимой ответственности и квалифици-
рованности этих исследований и расчетов их выполнение должно
поручаться специалистам-гидрогеологам. Вместе с тем гидрогеолог,
выполняющий разведку подземных вод, должен быть достаточно ориен-
тирован в задачах и общем направлении этих исследований, что и рас-
сматривается в данной главе.
СБОР МАТЕРИАЛОВ И РЕКОГНОСЦИРОВОЧНОЕ
ОБСЛЕДОВАНИЕ РЕК
Гидрологические данные при оценке эксплуатационных запасов
подземных вод необходимы:
1) для оценки производительности инфильтрационных водозаборов;
2) для характеристики питания (естественных ресурсов) подзем-
ных вод.
Гидрологические данные могут обеспечить достаточную обоснован-
ность прогнозов лишь на основе длительных гидрометрических наблю-
дений, сроки которых выходят за рамки времени, отводящегося на раз-
ведку подземных вод. Поэтому в основном гидрометрические прогнозы
должны базироваться на материалах имеющихся длительных наблю-
дений с применением метода аналогий. Для того чтобы распространять
данные, относящиеся к реке-аналогу, на объект исследования, требуется
проведение в процессе разведки некоторого объема гидрометрических
работ.
Приступая к составлению программы гидрологических исследова-
ний, прежде всего следует выяснить, какие вопросы, стоящие перед
гидрогеологическими изысканиями, могут быть решены гидрологиче-
скими методами и какие элементы режима реки и с какой степенью
детальности нужно для этого изучить. Затем по литературным и архив-
ным материалам следует ознакомиться с физико-географической п
гидрогеологической характеристикой района, гидрологической и ме-
теорологической изученностью и режимом реки.
Основными источниками для характеристики рек, водный режим
которых изучался, являются следующие издания Гидрометеослужбы.
1.	Сведения об уровне воды на реках и озерах СССР. «Сведения»
изданы б. Министерством путей сообщения по бассейнам отдельных мо-
рей и продолжены Гидрометеослужбой. «Сведения» содержат таблицы
92
ежедневных уровней воды рек и озер с начала открытия водопостов по
1935 г. включительно.
2.	Материалы по режиму рек СССР. Всего 7 томов. Тома разби-
ваются на части (всего 20 выпусков). В каждый том включено:
основные гидрографические сведения по рекам; список гидрологических
станций; ежегодные сведения о характерных уровнях воды; ежегодные
сведения о средних месячных и характерных расходах воды; ежегодные
сведения о средних месячных и средних годовых расходах взвешенных
наносов. Данные по режиму приведены по 1935 г. включительно.
3.	Гидрологические ежегодники. Являются продолжением «Сведе-
ний об уровне воды» и «Материалов по режиму рек» и включают мате-
риалы гидрометрических наблюдений Гидрометеослужбы с 1936 г. до
настоящего времени. Издаются Гидрометеоиздатом с 1936 г. до настоя-
щего времени.
4.	Справочники по водным ресурсам СССР. Справочники состав-
лены для отдельных крупных районов с однородными физико-геогра-
фическими условиями и содержат разностороннюю характеристику вод
района.
Перечисленные выше издания в совокупности образуют Водный
кадастр СССР по разделу вод суши.
В местном управлении Гидрометеослужбы следует выяснить нали-
чие гидрологических материалов за последние годы (еще не издан-
ные данные) и за прошедшие годы (почему-либо не включенные в
издания).
Некоторые сведения по режиму рек иногда можно получить из
рассмотрения материалов изысканий, проводившихся проектными орга-
низациями (Гидропроект, Водоканалпроект и др.).
Основные количественные характеристики климата СССР имеются
в климатологических справочниках (издания Гидрометеослужбы).
Материалы метеорологических наблюдений за период с 1961 г. при-
водятся (по областям) в Метеорологических ежемесячниках. Для харак-
теристики климата района о общих чертах можно использовать Клима-
тический атлас СССР. Первая часть атласа издана в 1960 г., вторая —
в 1962 г.
Составлению программы гидрологических изысканий в некоторых
случаях должен предшествовать выезд в изучаемый район с целью
рекогносцировочного обследования реки и ее бассейна. Это обследова-
ние обычно лучше всего производить в период летней межени. При
проведении рекогносцировочного обследования выявляются, в частности,
все нарушения естественного режима реки вследствие хозяйственной
деятельности человека и оценивается их влияние на сток и химический
состав воды. Для установления многолетних характеристик стока мето-
дом аналогии в отдельных случаях может понадобиться проведение
рекогносцировочного обследования и реки-аналога.
При проведении гидрометрических работ на реках следует руко-
водствоваться наставлениями гидрометрическим станциям и постам,
изданными Гидрометеослужбой, а именно:
Выпуск 2. Часть II. Гидрологические наблюдения. Гидрометеоиздат, 1957.
Выпуск 6. Гидрологические наблюдения и работы на речных станциях:
Часть I. Гидрологические наблюдения и работы иа реках. Гидрометеоиздат, 1957.
Часть II. Наблюдения на малых реках. Гидрометеоиздат, 1952.
Часть III. Составление и подготовка к печати Гидрологического ежегодника.
Гидрометеоиздат, 1958.
Помимо наставлений следует использовать Указания управлениям
гидрометеослужбы, изданные Государственным гидрологическим инсти-
тутом.
93
СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ, ПРИМЕНЯЕМЫХ
ПРИ РАСЧЕТАХ ВЕЛИЧИН ГОДОВОГО СТОКА РЕК,
ВНУТРИГОДОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОКА
И МИНИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ
Определение годового стока реки
Определение годового стока реки производится в тех случаях,
когда проектируемый дебит берегового (инфильтрационного) водоза-
бора соизмерим или меньше меженного стока реки и ставится задача
регулирования годового стока. Последнее осуществляется путем устрой-
ства водохранилищ с последующими попусками из него для увеличения
меженного стока на участке водозабора либо путем магазинирования
подземных вод (сработка их запасов в меженный период, последующее
восполнение этих запасов в паводки).
При решении практических задач по водоснабжению часто бывает
нужно знать среднюю многолетнюю величину годового стока (норму)
и величины годового стока определенной обеспеченности.
Под нормой стока подразумевается «среднее значение величины
стока за многолетний период такой продолжительности, при увеличении
которой полученное значение существенно не меняется» (Чеботарев,
1964). Норма стока выражается или в виде среднего многолетнего
расхода воды (в м?]сек или л!сек, общепринятое обозначение Qo или Q),
или в виде модуля стока (л!сек- км2 — Мо 'или М), или в виде слоя стока
(мм— h0 или /г). Величина нормы стока является обычно довольно
устойчивой.
При гидрометрических наблюдениях за короткий период времени,
недостаточный для вычисления нормы стока с необходимой точностью,
расчет нормы стока чаще всего производится с помощью установления
графической зависимости между величинами средних годовых расхо-
дов воды изучаемой реки и реки-аналога, имеющей достаточно длинный
период наблюдений за стоком. Основные требования к реке-аналогу —
однотипность физико-географических условий ее бассейна с бассейном
изучаемой реки и наличие достаточного числа общих лет наблюдений
на рассматриваемых объектах. В случае отсутствия определенного ана-
лога иногда приходится рассматривать в качестве возможных аналогов
3—4 реки.
Как правило, зависимость между средними годовыми расходами
воды изучаемой реки и реки-аналога графически выражается прямой
линией. В этом случае норма годового стока изучаемой реки определя-
ется непосредственно по норме стока реки-аналога и графику связи.
При незначительном числе общих лет наблюдений (2—4 года) на
изучаемой реке и реке-аналоге удлинение ряда величин стока часто
производится по связи средних месячных (или среднесезонных) расхо-
дов воды рассматриваемых рек. При этом может получиться как одна
зависимость для всех месяцев, так и несколько — для различных групп
месяцев.
При очень небольшом периоде наблюдений за стоком, но при опре-
делении как меженных, так и паводочных расходов воды удлинение
ряда величин стока может быть произведено и по зависимости, состав-
ленной по средним суточным или одновременно измеренным (с учетом
времени добегания) расходам воды на изучаемой реке и реке-аналоге.
Расчет величин средних годовых расходов воды различной обеспе-
ченности при наличии достаточно длинного ряда наблюдений за стоком
можно производить путем построения эмпирической кривой обеспечен-
ности. Для этого величины средних годовых расходов воды изучаемой
реки (или чаще отношение их величин к среднему значению — модуль-
94
ные коэффициенты) располагают в убывающем порядке, затем вычис-
ляют обеспеченность каждого члена ряда по формуле
Р = -^Г-100%,	(VII, 1)
где т— порядковый номер члена ряда;
п — число членов ряда.
По полученным величинам строят практическую кривую обеспечен-
ности.
Для сравнения изменчивости годового стока различных рек и ис-
пользования данных по рекам-аналогам обычно строят теоретические
кривые обеспеченности. Для их построения помимо величины нормы
стока необходимо иметь величины коэффициента вариации и асиммет-
рии. Методика определения этих коэффициентов изложена в курсах
гидрологии.
Определение минимального стока реки
! Под понятием «минимальный сток» подразумевается наименьший
сток реки в период межени, характеризующийся резким уменьшением
поверхностного стока и питанием реки в основном за счет подзем-
ных вод.
Основными характеристиками минимального стока рек являются
следующие: минимальные суточные и минимальные средние месячные
расходы воды за год (с подразделением их на зимние и летние); мини-
мальные расходы воды за период гидрометрических наблюдений; мини-
мальные средние многолетние значения (норма) суточных и средних
месячных расходов воды; минимальные расходы воды различной
обеспеченности.
При проектировании крупного водоснабжения за счет подземных
вод района в преобладающем большинстве случаев расчет ведется
на величину минимального среднего месячного расхода воды 95%-ной
обеспеченности.
На реках СССР минимальный сток обычно наблюдается дважды —
в зимний и в летне-осенний сезоны. В какой сезон наблюдается наи-
меньший по величине минимальный сток, зависит от географического
местоположения изучаемого участка реки. Государственным гидроло-
гическим институтом составлена карта соотношения минимального
среднего месячного зимнего и летнего расходов воды для всей терри-
тории СССР (за исключением района Средней Азии и части Кавказа
и Казахстана). Характерные значения минимальных расходов воды для
упомянутых сезонов следует определять отдельно ввиду различного
генезиса формирования стока.
При наличии многолетних наблюдений за стоком вычисление вели-
чины нормы минимального стока и величин минимальных расходов
воды различной обеспеченности производятся аналогично определению
соответствующих величин средних годовых расходов воды.
Если на изучаемой реке наблюдения за стоком проводились в тече-
ние короткого периода времени, то величины минимальных расходов
воды обычно определяются путем установления графической зависи-
мости между одновременно наблюденными расходами воды в данном
створе и в других створах этой же реки или реки-аналога с длительным
периодом наблюдений.
Определение минимального стока неизученных рек следует про-
изводить по картам изолинии минимальных средних месячных зимних
и летних модулей стока и эмпирически — по районным зависимостям,
составленным Государственным гидрологическим институтом («Техни-
95
ческие указания по расчету минимальных расходов воды рек при строи-
тельном проектировании», Гидрометеоиздат, 1966).
Величины минимального стока неизученных горных рек следует
определять по зависимостям изменения модуля стока с высотой мест-
ности. Эти зависимости строятся для однородных по гидрогеологиче-
скому строению и одинаковых по экспозиции в отношении влагоносных
ветров районов.
Ввиду большого влияния местных геологических и гидрогеологи-
ческих особенностей на формирование минимального стока рек исполь-
зование карт и районных эмпирических зависимостей даже для средних
и больших рек возможно только при предварительных расчетах, напри-
мер, при обосновании запасов подземных вод по кат. С2. При обоснова-
нии запасов подземных вод по более высоким категориям, а для малых
рек и рек, протекающих в карстовых районах, и по кат. С2, а также для
обоснования проектов инфильтрационных водозаборов, расчеты мини-
мальных расходов воды рек следует проводить на основании данных
гидрометрических наблюдений за их стоком.
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ
ПРОЕКТИРОВАНИИ ИНФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОДОЗАБОРОВ
Для выяснения возможности обеспечения водоснабжения путем
устройства инфильтрационного водозабора необходимо иметь разно-
стороннюю характеристику режима реки, являющейся источником
питания подземных вод.
Характеристика режима реки должна включать следующие эле-
менты: уровенный режим, режим стока, сведения о зимних образова-
ниях, данные по мутности и химическому составу воды, сведения о де-
формационных процессах русла и берега, на котором намечается
устройство инфильтрационного водозабора.
Минимальная величина уровня воды в реке может явиться одним
из главных факторов, определяющих производительность инфильтра-
ционного водозабора. При проектировании инфильтрационных водо-
заборов важно иметь данные о границах затопления участка, намечен-
ного под водозабор в период прохождения паводков. Решение этой
задачи связано с установлением максимальных уровней воды реки.
Помимо величин минимальных и максимальных уровней воды
обычно необходима внутригодовая характеристика режима уровней
для лет различной водности: в частности, для маловодного года
95 %-ной обеспеченности и в годы проведения гидрогеологических
изысканий.
Режим стока реки является одним из главных факторов, опреде-
ляющих возможность устройства инфильтрационного водозабора.
Помимо величин стока важно знать характер прохождения павод-
ков; установить, протекает ли сток в период паводков только по руслу
реки или идет по отдельным рукавам и заливает пойму; продолжитель-
ность затопления поймы, глубину воды в русле и на пойме и т. д.
Возможность устройства инфильтрационного водозабора зависит
прежде всего от величины минимального расхода воды реки. В пре-
обладающем большинстве случаев можно ориентироваться на величину
минимального среднего месячного расхода 95%-ной обеспеченности,
так как обычно в речных долинах имеются регулируемые естественные
запасы, достаточные для обеспечения нормальной работы водозабора
в течение нескольких дней.
Если предполагается устройство водозабора с дебитом, превышаю-
щим меженный сток реки, с периодическим восполнением срабатывае-
мых запасов в периоды, когда расход реки увеличивается, то важно
96
установить внутригодовое распределение стока реки в маловодный
год, обеспеченность которого 95%.
Донный лед, шуга и другие зимние образования на реках могут
играть существенную роль в ряде случаев. Например, в результате
образования донного льда фильтрация поверхностных вод через ложе
реки может сильно сократиться, при полном промерзании русла —
совсем прекратиться, что приведет к уменьшению дебита инфильтра-
ционного водозабора. К тому же может привести образование больших
скоплений шуги или внутриводного льда (даже и при отсутствии дон-
ного льда). Осенний и особенно весенний ледоходы могут способство-
вать разрушению берега, на котором намечается устройство водозабора.
Под влиянием заторно-зажорных явлений может происходить повыше-
ние горизонта воды в реке и затопление участка водозабора и т. д.
Содержащиеся в воде взвешенные вещества, способствуя кольма-
тации русла и берегов реки, влияют на величину притока воды из реки
к инфильтрационному водозабору.
Очень важным фактором является химический состав поверхност-
ных вод, так как запасы подземных вод возобновляются за счет
речной воды.
Большое влияние на эксплуатацию водозабора могут оказывать
русловые процессы; при этом оно может быть как положительным, так
и отрицательным.
Отрицательная роль русловых процессов сказывается в заносе
прибрежного участка реки, где намечено устройство водозабора (вплоть
до полного отхода русла реки от берега), в размыве берега и возмож-
ности разрушения водозабора. Положительная роль русловых процес-
сов проявляется в том, что река периодически размывает и переоткла-
дывает верхний слой русловых отложений, наиболее интенсивно
подвергающийся кольматации.
Для правильного выбора местоположения водозабора и обеспече-
ния его нормальной эксплуатации необходимо располагать данными
о характере развития русловых процессов.
Уровенный режим. По данным многолетних наблюдений за
колебанием уровня воды на изучаемом участке реки для характери-
стики ее уровенного режима строят графики колебания ежедневных
величин уровня в характерные годы (многоводный, маловодный, сред-
ний по водности) и кривые повторяемости и обеспеченности. При
построении кривой обеспеченности общее количество дней в рассматри-
ваемом периоде времени принимается за 100%. Надо иметь в виду,
что величина обеспеченности уровня, снятого с графика, должна быть
отнесена к периоду времени, на основе которого построена кривая
обеспеченности, а не к многолетнему периоду.
При использовании ряда минимальных или максимальных уровней
воды надо следить, чтобы он был составлен из однородных величин:
например, в ряде максимальных уровней не должны быть включены
заторные уровни, в ряде минимальных уровней — уровни, образовав-
шиеся от зажора, возникшего выше по течению реки, и т. д.
При характеристике уровенного режима нужно отметить возмож-
ность образования заторных и зажорных уровней и привести их
величины.
Если имеются многолетние наблюдения за уровнем воды на участке
реки, расположенном выше или ниже изучаемого, то предварительно
строят кривую связи соответственных уровней воды. В качестве соот-
ветственных уровней принимают точки резко выраженных подъемов
и минимумов. Естественно, что для построения такого графика необхо-
димо проведение одновременных наблюдений за уровнями воды на
обоих участках реки в течение такого периода времени, чтобы были
фиксированы как высокие, так и низкие величины уровней воды в реке.
7 Зак. 627	97
Затем по данным многолетних наблюдений на водопосту, расположен-
ном выше или ниже участка изысканий, и по кривой связи соответст-
венных уровней воды определяются величины уровней для изучаемого
створа реки.
При разведке участка, где проектируется инфильтрационный водо-
забор, наблюдения за колебанием уровня воды в реке следует пре-
дусматривать в течение всего периода разведки. Если многолетние
наблюдения за колебанием уровня воды в реке в прошедшие годы про-
водились на участке выше или ниже изучаемого, а в настоящее время
наблюдения на этом водопосту не проводятся, то при условии однотип-
ности режима реки на обоих участках их следует возобновить.
Режим речного стока. Программу гидрологических наблюде-
ний по изучению режима стока следует намечать, исходя из режима
водопотребления, режима реки, гидрогеологических условий, гидроло-
гической изученности и т. д.
В табл. 19 приводится примерный состав работ по изучению ре-
жима стока для некоторых, наиболее часто встречающихся в практике,
случаев. Эта таблица составлена при следующих условиях: 1) река
является практически единственным источником питания подземных
вод, и ее сток может быть полностью использован для восстановления
запасов подземных вод; 2) гидрогеологическая изученность реки явля-
ется недостаточной для надежного определения расчетных величин
стока; 3) в настоящее время на рассматриваемом участке реки гидро-
логические наблюдения за режимом стока не ведутся.
Расчеты основных параметров стока производятся в соответствии
с методами гидрологии, а характеристика прохождения половодья
и паводков на изучаемом участке реки — по данным произведенных
гидрометрических наблюдений.
Зимний режим. Программа гидрологических исследований
по изучению зимнего режима реки должна быть составлена так, чтобы
в результате ее выполнения были выяснены следующие вопросы:
1) в каких местах изучаемого участка реки возможно образование
внутриводного и донного льда, при каких метеорологических условиях
наблюдается их формирование, какова средняя и наибольшая продол-
жительность существования донного льда; 2) наличие шуги и распре-
деление ее по водному сечению реки (как переносной шуги, так и
подледной) и во времени, условия и участки ее формирования; 3) вли-
яние осеннего и весеннего ледохода на размыв берега, на котором (или
вблизи которого) намечается устройство водозабора; 4) места и вели-
чины заторных и зажорных образований и навалов льда на берегу.
Так как интенсивность и продолжительность зимних образований
на реке зависят от метеорологических условий, а последние могут
сильно варьировать, то желательно проведение наблюдений за зим-
ними явлениями на реках в течение нескольких зим или во всяком
случае в течение зимы, характеризующейся резко пониженными (протиц
средних) температурами воздуха и частыми их колебаниями от низких
отрицательных величин до нуля. При отсутствии таких данных по изу-
ченной реке необходимо использовать наблюдения, выполнявшиеся на
других реках-аналогах.
Мутность. По величине средней годовой мутности все реки
Советского Союза Г. И. Шамов делит на семь групп: I — реки с мут-
ностью до 50 г/м3; II — реки с мутностью 50—150 г/м3; III — реки с мут-
ностью 150—500 г/м3; IV — реки с мутностью 500—1000 г/м3; V — реки
с мутностью 1000—2500 г/м3; VI — реки с мутностью 2500—4000 г/м3,
VII — реки с мутностью более 4000 г/м3.
Реки европейской территории Союза и Сибири в преобладающем
большинстве случаев относятся к рекам I—III групп и лишь в редких
случаях—к IV группе. Большая мутность наблюдается на ряде рек
98
Таблица 19
Приближенные сведения
о стоке реки
Наличие регулируемых
естественных запасов
в долине реки
Примерный состав
и продолжительность
работ по изучению режима
стока
Минимальный расход
значительно больше по-
требности в воде
Минимальный средний
месячный расход
95%-ной обеспеченности
меньше или близок к ве-
личине водопотребления.
Величина регулируе-
мых естественных запа-
сов роли не играет
Регулируемые естест-
венные запасы достаточ-
ны для покрытия недо-
статка в воде в период
минимального стока; ис-
пользование нх не вызы-
вает каких-либо затруд-
нений
Проведения работ не тре-
буется
То же
Средние месячные вели-
чины расходов в осталь-
ной период года, сток
которого обеспечен на
95%, больше величин
водопотребления
То же
Регулируемые естест-
венные запасы незначи-
тельны или не выявле-
ны, или их использова-
ние связано с затрудне-
ниями, что может не-
благоприятно отразиться
на качественном составе
воды, ведет к усложне-
нию устройства водоза-
бора и т. д.
Расходы в период ме-
жени могут быть мень-
ше водопотребления, но
средние годовые расхо-
ды всегда больше водо-
потреблення
То же
Регулируемые естест-
венные запасы вполне
достаточны для покры-
тия недостатка в воде
в период межени, н нх
нспользоваине не вызы-
вает затруднений
Достаточность регули-
руемых естественных за-
пасов для покрытия не-
достатка в воде в пе-
риод межени в мало-
водные годы
Необходимо проведение ги-
дрометрических наблюдений.
Объем работ должен быть до-
статочен, чтобы подсчитать ве-
личины ежедневных расходов
воды в период межени. Про-
должительность работ должна
быть достаточна для расчета
величины минимального сред-
него месячного расхода воды
95 %-ной обеспеченности с не-
обходимой точностью.
Минимальная продолжитель-
ность — 1—2 меженных пе-
риода; средняя — 1 год и до-
полнительно 2—3 меженных
периода
Проведения работ не тре-
буется
Необходимо проведение ги-
дрометрических наблюдений на
изучаемом участке реки (в от-
дельных случаях и на реке-
аналоге). Объем работ должен
быть достаточен для подсчета
ежедневных величин стока.
Продолжительность работ дол-
жна быть достаточна для опре-
деления с необходимой точно-
стью внутригодового распреде-
ления стока в маловодный год,
годовой сток которого обеспе-
чен на 95%. Минимальная
продолжительность наблюде-
ния 1 год, средняя — 3—5 лет
7*
99
Продолжение табл. 19
Приближенные сведения о стоке реки	Наличие регулируемых естественных запасов в долине реки	Примерный состав и продолжительность работ по изучению режима стока
Средние годовые рас- ходы в отдельные годы могут быть меньше во- допотребления. Норма стока существенно боль- ше водопотребления	Регулируемые естест- венные запасы большие	Задача сводится к определе- нию нормы стока и к установ- лению возможной длительности маловодного периода. Мини- мальная	продолжительность наблюдений 2—3 года, сред- няя — 5 лет
Примечания. 1. Продолжительность гидрологических работ зависит от целого ряда
факторов, из которых главными являются следующие: категория, по которой представляются за-
пасы подземных вод, гидрологическая изученность, физико-географические и гидрогеологиче-
ские условия района, водность лет, в течение которых проводятся гидрологические исследова-
ния.
2. До составления программы работ необходимо ориентировочно оценивать величины возмож-
ных ошибок в определении величии стока.
Кавказа (Терек, Кура, Араке и др.) и Средней Азии (Аму-Дарья, Сыр-
Дарья, Вахш и др.).
При отсутствии данных наблюдений за мутностью реки предвари-
тельные сведения о величинах мутности можно получить по картам
средней мутности рек Союза ССР, составленной Г. И. Шамовым
(1954). Имеются и другие карты, составленные для различных районов
разными авторами.
Если имеются основания предполагать, что мутность реки значи-
тельна (средняя годовая величина более 100—200 г1м?), следует пре-
дусмотреть, при отсутствии достаточных материалов, производство
систематических наблюдений за мутностью речной воды. При очень
большой мутности (1000 г/лг3 и более) следует предусмотреть помимо
наблюдений за мутностью измерение расходов взвешенных наносов,
так как величины мутности воды, полученные по наблюдениям в одной
постоянной точке потока, могут быть не характерными для всего вод-
ного сечения реки.
Следует отметить, что на уменьшение фильтрационных свойств
горных пород, слагающих русло и берега, помимо величины мутности
оказывает влияние и гранулометрический состав взвешенных наносов.
Поэтому в тех случаях, когда организуются наблюдения за мутностью
реки, следует предусматривать определение гранулометрического со-
става взвешенных наносов. Пробы воды на определение гранулометри-
ческого состава взвешенных наносов следует отбирать в таком количе-
стве, чтобы были освещены все характерные фазы режима реки.
На реках горного и полугорного типов следует также предусмо-
треть изучение влекомых наносов.
Химический состав воды. При изучении химического со-
става речной воды основное внимание должно быть обращено на выяв-
ление сезонных изменений, связанных с изменением водоносности реки
и характера ее питания. Наименьшее число сроков отбора проб воды
для установления химического состава рек умеренных и северных
широт—восемь в год: три при прохождении половодья (подъем, пик,
спад), два в период летней межени, два в период зимней межени и один
во время прохождения осенних дождей. Дополнительно пробы воды из
реки отбираются при производстве опытных откачек.
Для рек СССР, протекающих в южных широтах, часто наиболее
важным является детальное выяснение химического состава воды в пе-
риод межени, когда минерализация воды резко возрастает. Для рек
южного пояса восемь анализов в год является также достаточным
в случае, если общая минерализация и содержание в воде отдельных
ЛОО
компонентов не превышают норм, установленных ГОСТом для питье-
вого водоснабжения; в противном случае отбор проб воды и производ-
ство химических анализов следует производить чаще — в количестве,
достаточном хотя бы для приближенного установления зависимости
между содержанием в воде соответствующего элемента (минерализа-
ции, общей жесткости, хлора и т. д.) и расходами воды реки.
Следует также выяснить влияние других причин, помимо расхода
реки, на увеличение минерализации речной воды или на увеличение
содержания в воде реки тех или иных элементов. Особое внимание
нужно обратить на выявление возможных источников загрязнения реки,
связанных с хозяйственной деятельностью человека.
В настоящем разделе мы не останавливаемся ни на методике
отбора проб воды на химические анализы, ни на том, какие компоненты
должны определяться, ни на методике их определения. Эти вопросы
для подземных вод подробно рассмотрены в главе V и в своей основе
могут быть применены и к речным водам.
Русловые процессы. Русловым процессом называются посто-
янно происходящие изменения морфологического строения речного-
русла и поймы, обусловленные действием текущей воды.
Изучение русловых процессов при разведке участков береговых
водозаборов предусматривает выбор этого участка таким образом,,
чтобы, с одной стороны, он был защищен от подмыва рекой и других
разрушений (особенно при прохождении паводков), а с другой — не ока-
зался бы, вследствие меандрирования реки вдали от ее русла, что
приводит к уменьшению дебита водозабора.
При производстве изысканий, связанных с выявлением русловых
процессов, всегда надо иметь в виду необходимость установления общей
схемы процессов и факторов, определяющих его особенности. Поэтому
исследование руслового процесса требует сочетания гидравлических
методов с гидролого-морфологическими, что в свою очередь определяет
необходимость изучения русловых процессов на достаточно большом
участке реки (а не только на участке, намеченном под водозабор).
Работы по изучению русловых процессов следует начинать со
сбора картографического материала (в том числе аэрофотосъемочного),
геологического материала (строение водосбора, изучаемого участка,
долины, поймы и русла) и анализа собранных данных: сопоставление
карт различных лет съемки, составление схемы развития руслового
процесса и т. д.
В состав стационарных полевых изысканий обычно входят сле-
дующие работы: 1) морфологическая съемка участков реки большого
протяжения; 2) гидрометрические работы на стационарных участках;
3) наблюдения над пойменными процессами; 4) наблюдения над
деформациями берегов.
Для установления схемы развития русловых процессов и прогноза
русловых деформаций, в случае слабой изученности реки в районе
изысканий, обычно требуется не менее 2 лет. Учитывая сложность
задачи прогноза русловых процессов и деформаций берегов для ее-
решепия должен быть привлечен опытный инженер-гидролог.
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ
ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Под естественными ресурсами подземных вод, по Б. И. Куделину,,
понимается обеспеченный питанием расход подземных вод, т. е. та их
часть, которая непрерывно возобновляется в процессе общего кругово-
рота влаги на земле. Естественные ресурсы количественно выражаются
расходом подземного потока или толщиной слоя воды, поступающей на
уровень подземных вод в области их питания.
ЮГ
Применяя гидрологические методы исследований в сочетании
с гидрогеологическими, можно без производства большого объема спе-
циальных работ определить величину региональных естественных
ресурсов подземных вод или, иными словами, количественно охаракте-
ризовать питание водоносных горизонтов, намеченных к эксплуатации
в естественных условиях.
Представления о величинах естественных ресурсов подземных вод
района, в котором проектируется сооружение эксплуатационного водо-
забора, используются в следующих целях. Во-первых, при проектирова-
нии и расчетах водозаборов знание естественных ресурсов подземных
вод позволяет оценить обеспеченность восполнения эксплуатационных
запасов подземных вод за счет их питания атмосферными осадками.
Во-вторых, довольно часто расчет естественных ресурсов района явля-
ется необходимым для оценки эксплуатационных запасов подземных
вод. В частности, это обстоятельство имеет место, когда водозабор
проектируется на участке, ограниченном непроницаемыми контурами
(например, в замкнутой межгорной впадине) и районная депрессионная
воронка водозабора достигает непроницаемого контура. В-третьих,
способ оценки эксплуатационных запасов и производительности водо-
заборов через величину естественных ресурсов подземных вод может
быть применен в сильно закарстованных районах, где не представля-
ется возможным достаточно надежно определять гидрогеологические
параметры водоносных пластов.
В настоящее время в основном применяются следующие методы
оценки естественных ресурсов подземных вод с помощью гидрологи-
ческих исследований.
1.	Комплексный гидролого-гидрогеологический метод расчленения
гидрографов * речного стока.
2.	Метод определения естественных ресурсов подземных вод по
изменению меженного расхода реки, на участке между двумя створами.
3.	Метод оценки естественных ресурсов подземных вод по уравне-
нию водного баланса речного бассейна или его части.
Ниже приводится краткая характеристика указанных методов.
ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
КОМПЛЕКСНЫМ ГИДРОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИМ
МЕТОДОМ
Идея этого метода основана на том общеизвестном факте, что реч-
ной сток формируется из поверхностного (склонового) и подзем-
ного стока. Выделение подземной составляющей из общего речного
стока позволяет охарактеризовать расход потока подземных вод,
дренируемых рек. Комплексный гидролого-гидрогеологический метод
заключается в анализе гидрогеологических и гидрологических особен-
ностей бассейнов рек, изучении характера гидравлической связи под-
земных и поверхностных вод и режима подземного стока в реки в раз-
личные периоды года, проведении генетических расчленений гидрогра-
фов рек за весь период наблюдений и расчете основных параметров
подземного стока.
Теоретические основы этого метода разработаны Б. И. Куделиным
и подробно изложены в его работах (Куделин, 1949, 1960). Поэтому,
не останавливаясь детально на методике выделения подземной со-
ставляющей речного стока, следует подчеркнуть, что способ расчле-
нения гидрографа реки и выделения на нем подземного стока опреде-
* Гидрографом речного стока называется график изменения расхода реки во
времени.
102
ляется спецификой гидрогеологических условий конкретного речного
бассейна или его части и характером гидравлической связи речных и
подземных вод, обусловливающих динамику подземного стока в реки
в различные сезоны года. Динамика стока из отдельных водоносных
горизонтов, дренируемых речной сетью, обусловлена условиями зале-
гдния и питания грунтовых и артезианских вод в данном речном
бассейне или его части и положением мест разгрузки по отношению
к урезу реки. Б. И. Куделиным (1949) выделены следующие наиболее
типичные схемы взаимосвязи подземных и поверхностных вод: водо-
носные горизонты имеют постоянную гидравлическую связь с ре-
кой; водоносные горизонты не имеют гидравлической связи с рекой;
водоносные горизонты имеют периодическую гидравлическую связь
с рекой.
При рассмотрении условий питания реки подземными водами
могут быть выделены следующие случаи: 1) преобладает одна из
указанных схем гидравлической связи подземных и речных вод; 2) река
дренирует несколько водоносных горизонтов, каждый из которых харак-
теризуется различной схемой гидравлической связи с рекой, и 3) под-
земный сток в реки формируется за счет как грунтовых, так и
артезианских вод. Различный характер гидравлической связи подзем-
ных и речных вод, определяющий режим подземного стока в реку из
дренируемых горизонтов, обусловливает разные схемы расчленения
гидрографов рек (рис. 23).
В среднемноголетнем разрезе величина подземного стока экви-
валентна величине питания подземных вод. Поэтому выделение под-
земного стока из речного путем расчленения гидрографов рёк за мно-
голетний период дает возможность определить среднегодовые естест-
венные ресурсы подземных вод зоны интенсивного водообмена речных
бассейнов или их частей. Минимальную величину естественных ресурсов
можно получить проще, без специального расчленения гидрографов
рек, приняв за подземный сток минимальный среднемесячный расход
реки. Количественно естественные ресурсы выражаются в миллиметрах
слоя подземного стока за год, в модулях и коэффициентах подземного
стока и в коэффициентах подземного питания рек.
В практике гидрогеологических расчетов величину естественных
ресурсов выражают обычно в модулях стока и в миллиметрах слоя
стока. Среднегодовые и минимальные модули подземного стока выра-
жают абсолютные величины расхода подземного потока (в л/сек
с 1 кл12). Среднегодовые модули подземного стока (МП0Дэ) вычисляются
по формуле
Д4 — ^подэ.'.1_°3._	(УН 2)
7Иоодз F-31,5-106 ’	\VH’
где Qnons — объем подземного стока, определяемый путем планимет-
рирования по расчлененному гидрографу реки, м?1год-,
F — водосборная площадь речного бассейна или его части для
створа, по которому проведено построение и расчленение
гидрографа реки, км2.
Значения годового слоя подземного стока характеризуют средне-
многолетние величины питания водоносных горизонтов, (комплексов) за
счет инфильтрации атмосферных осадков (за вычетом потерь на транс-
пирацию и испарение). Слой подземного стока (УПодз), выраженный в
миллиметрах за год, вычисляется по формуле
Г = 0,001-^-	(VII, 3)
103
Коэффициент подземного стока (Кподз) представляет собой отно-
шение (в процентах) подземного стока к осадкам, выпавшим на иссле-
дуемом речном бассейне или его части, и является одной из важнейших
воднобалансовых характеристик. Он показывает, какая часть осадков
идет на питание подземных вод зоны интенсивного водообмена, и
вычисляется по формуле
Кюдз	0,001 -Ополз
/CnM3 = ^t. 100%=----------100% , (VII, 4)
где X — слой осадков, мм/год. Остальные обозначения те же, что и в
формулах VII, 2 и VII, 3.
г~т ;~'~и । |з w/a* шда ЕЕЭ?
Рис. 23. Схема расчленения гидрографа реки в зависимости от гидрогеологических условий ее
бассейна (составил Б. И. Куделин)
/—водоносные породы; 2 — водоупорные породы; 3 — поверхностный сток; 4 — грунтовый сток
из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой; 5 — грунтовый сток из водо-
носных горизонтов, гидравлически связанных с рекой; 6 — артезианский сток; 7 — уровень грун-
товых вод; Т — продолжительность периода берегового регулирования; ВГВ — верхний горизонт
воды; НГВ — нижний горизонт воды
I — схема гидрогеологических условий подземного питания реи; II — характер колебания уровня
речных н подземных вод прибрежной зоны; III — режим (динамика) подземного стока в реку;
IV— схема расчленения гидрографа
Коэффициент подземного питания рек выражается отношением
подземного стока к общему речному стоку и в среднемноголетнем
разрезе характеризует «долю» подземной составляющей в речном стоке.
После проведения расчетов величин подземного стока по всем
гидрометрическим створам за весь период наблюдений можно в случае
необходимости построить карты подземного стока. На этих картах
отражается (в виде изолиний или площадной штриховки) закономер-
ное изменение рассмотренных выше параметров подземного стока по
исследуемой территории.
В 1966 г. вышли в свет «Карта подземного стока СССР» мас-
штаба 1:5000000 и монография к ней «Подземный сток на тер-
ритории СССР» (1966). Последняя является объяснительной запиской
104
к карте, составленной Московским государственным университетом,
ВСЕГИНГЕО и Государственным гидрологическим институтом под об-
щей редакцией Б. И. Куделина. Этими же организациями составлены
карты подземного стока территории СССР в масштабе 1 :2 500 000, а
также карты по отдельным регионам в более крупном масштабе,
имеющиеся в фондах. Эти материалы могут быть использованы для
предварительной ориентировочной оценки естественных ресурсов под-
земных вод района исследований.
Пользуясь указанными картами подземного стока, можно рас-
считать расход подзем'ных вод для любой заданной площади, применяя
следующие формулы:
С=86,4-Л4ПОдз-Е —по карте среднемноголетних модулей,
Q = 2,74-Уподз-Е —по карте годового слоя подземного стока, (VII, 5)
Q = 0,03-K-X-E —по карте среднегодовых коэффициентов,
где Q — расход подземных вод, м3/сутки;
F— площадь водосбора подземных вод, км2;
Мподз — модуль подземного стока, л/сек с 1 км2 (с карты);
Уподз слой подземного стока, мм (с карты);
Кпод.з— коэффициент подземного стока, % от осадков (с карты);
X — среднемноголетняя годовая величина осадков на площади
водосбора, мм.
Величины подземного стока, полученные комплексным гидролого-
гидрогеологическим методом, характеризуют, естественно, ресурсы
всей зоны дренирования, включающей обычно несколько водоносных
горизонтов или комплексов. Для того чтобы оценить естественные
ресурсы каждого из водоносных горизонтов (комплексов) зоны дрени-
рования, необходимо проанализировать гидрогеологические условия
изучаемой территории — распространение, мощность, литологический
состав, проницаемость отдельных водоносных слоев и охарактеризовать
степень участия каждого из водоносных горизонтов в подземном
питании рек. Расчет естественных ресурсов для конкретного водонос-
ного горизонта (комплекса) зоны дренирования приближенно про-
водится по формуле
<г= ЛП0ДЗ -Ь-ПЬ-Ц,	(VII, 6)
У kj-mj-Ij
i
где Mni — модуль (слой) подземного стока искомого водоносного
горизонта (комплекса), л)сек с 1 км2;
Мтодз — общий модуль (слой) подземного стока всей зоны дрениро-
вания, л)сек с 1 км2;
п
Zkj-mj-Ij — сумма произведений водопроводимостей (km) и напорных
градиентов (/) отдельных водоносных горизонтов (ком-
плексов), слагающих зону дренирования;
ki-rrti-Ii — то же для искомого водоносного горизонта (комплекса).
Исследования по оценке естественных ресурсов подземных вод
методом расчленения гидрографов реки могут быть условно разбиты
на три этапа.
1.	В течение первого этапа проводится анализ всех имеющихся
материалов по гидрогеологическим и физико-географическим условиям
района, определяется степень участия всех водоносных горизонтов
(комплексов) в подземном питании реки, характер их гидравлической
связи с рекой, намечается схема расчленения гидрографа речного стока.
2.	В течение второго этапа работ оборудуются расходомерные
посты (створы) на реке и по ним проводятся систематические наблю-
105
дения за расходом воды в реке. Количество таких створов определяется
сложностью и пестротой гидрогеологических условий района. Замеры
расхода реки должны проводиться с частотой, необходимой для построе-
ния годового гидрографа, а именно в межень 5—6 раз в месяц, а в
паводок—1 раз в 2—3 дня. Минимальная продолжительность наблюде-
ний— 1 год. Удлинение ряда наблюдений может быть произведено по
графикам связи расходов изучаемой реки и реки-аналога, имеющей
длинный ряд наблюдений, рассмотренными выше способами.
3.	Третий этап исследований заключается в построении и расчле-
нении гидрографов речного стока как по имеющимся створам Гидро-
метеослужбы, так и по вновь организованным створам, в расчете вели-
чин подземного стока (модулей, коэффициентов и т. д.), построении
(в случае необходимости) карт подземного стока и расчете естествен-
ных ресурсов подземных вод намеченного к эксплуатации водоносного
горизонта.
Следует подчеркнуть одно из основных преимуществ рассмотрен-
ного выше метода оценки естественных ресурсов подземных вод — воз-
можность использования для расчетов уже имеющихся данных по реч-
ному стоку, измеряемому на стационарных гидрометрических створах
Г идрометеослужбы.
ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ПО ИЗМЕНЕНИЮ МЕЖЕННОГО РАСХОДА РЕКИ
МЕЖДУ ДВУМЯ СТВОРАМИ
В отдельных случаях оценку естественных ресурсов подземных вод
можно произвести путем расчета величины приращения или потери рас-
хода воды в реке на рассматриваемом участке.
Рассмотрим уравнение водного баланса для участка реки, заклю-
ченного между створами I—I и II—II (рис. 24). Для любого проме-
жутка времени справедливо уравнение
Q'2 — Ql = Quod + Qnofl3 + QnpT + Qx — Qz ’	(VII, 7)
где Qi, Q2 — расходы реки соответственно в створах I—I и II—II;
QnoB — объем склонового стока, поступившего в реку на участке
между створами I—I и II—II;
Qnons — расход подземных вод, выклинившихся в реку на участке
между створами I—I и II—II, или расход речных вод,
поступивших из реки на питание подземных вод;
QnpT — сумма объемов стока всех притоков, впадающих в реку на
участке между створами I—I и II—II;
Qx — объем стока за счет осадков, выпавших на зеркало воды
в реке, на участке между створами I—I и II—II;
Q,— объем воды, пошедшей на испарение с участка водной по-
верхности реки между створами I—I и II—II.
Из уравнения (VII, 7) видно, что
Qno.u = Q2 - Qi - QnoB - QnpT - Qx + Qz  (VII, 8)
Величина Qn<w может быть как положительной, так и отрицательной.
При Qnofl3>0 мы имеем случай, когда подземные воды питают реку, при
Сподз<0 — река питает подземные воды.
Уравнение (VII, 8) может быть использовано для приблизительной
оценки минимальной величины естественных ресурсов подземных вод
зоны, дренированной рекой (Qnon3>0), или той зоны, в пределах кото-
рой питание подземных вод осуществляется за счет речных вод
(Qnop.3<0). Составление и решение этого уравнения обычно проводится
для периода устойчивой межени, когда QnoB-О. Величины членов Qx и
106
Q2, как правило, невелики вследствие малой величины площади водного
зеркала по сравнению с расходами реки. Величина Qz для больших и
средних рек обычно составляет не более 2—3% от величины Qi-i и
лишь в редких случаях, при затоплении водами реки большой террито-
рии, она может возрасти, примерно до 5—10%. Однако для малых рек
ее величина может быть значительно больше. Величина Qx в случае
отсутствия сильных ливней обычно очень мала и составляет не более
1—2% от величины Qi-i. Поэтому в практических расчетах величинами
Qx и Qz обычно можно пренебречь. Следовательно, период межени
может быть выражен следующим уравнением:
± (Зподз = Q2 - Qi - Q„pT •	(VII, 9)
Расположение створов I—I и II—II
нужно выбирать (в пределах изучаемого
участка) с таким расчетом, чтобы величина
Qnofla была возможна большей, а ошибки
в определении величин остальных членов —
возможно меньшими. Ввиду этого для пра-
вильного выбора створов I—I и II—II сле-
дует предварительно произвести рекогно-
сцировочное обследование реки, с измере-
нием расходов воды в характерных ство-
рах. Наиболее удобный участок реки (при
прочих равных условиях)—бесприточный.
В этом случае
±QnoW=Q2-Qi- (VII, Ю)
В полупустынных и пустынных райо-
нах, где река является единственным
источником питания подземных вод, а так-
же в районах широкого развития карста
применение рассматриваемого метода при-
годно для расчета годовых величин естест-
венных ресурсов подземных вод.
При проведении гидрологических исследований необходимо органи-
зовать наблюдения за стоком реки в выбранных створах, а также на
всех притоках, впадающих в реку на участке между створами.
При выборе участка реки для разбивки створа с целью измерения
расходов воды следует руководствоваться следующими основными
положениями:
1)	участок реки должен быть прямолинейным по крайней мере на
протяжении пятикратной ширины между бровками русла реки в период
межени, по возможности с однообразной шириной реки и формой про-
филя поперечного сечения;
2)	на участке измерения, а также непосредственнно выше и ниже
его не должны находиться неустойчивые перекаты и острова и впадать
крупные притоки;
3)	переменный подпор в период наблюдений должен отсутствовать;
4)	берега и русло должны быть по возможности устойчивыми и не
подвержены значительному зарастанию растительностью.
На равнинных реках при выборе участка предпочтение отдается
плёсовым участкам, а на горных реках — участкам непосредственно
выше стремнин и порогов.
Минимальная продолжительность стационарных гидрологических
наблюдений — меженный период. Для получения среднемноголетних
значений фПод.з необходимо провести гидрологические расчеты по опре-
делению многолетних величин стока, установлению водности лет,
в течение которых проводились изыскания, и т. д.
Рис. 24. Схема речного водосбора
н его части, заключенной между
створами I—I и II—II
107
ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО УРАВНЕНИЮ ВОДНОГО БАЛАНСА
РЕЧНОГО БАССЕЙНА ИЛИ ЕГО ЧАСТИ
Рассмотренный выше комплексный гидролого-гидрогеологический
способ региональной оценки подземного стока подземных вод путем
расчленения гидрографов рек позволяет охарактеризовать величину
естественных ресурсов только дренируемых водоносных горизонтов.
Оценка естественных ресурсов глубоких артезианских водоносных
горизонтов, расположенных ниже зоны дренирования речной сетью,
может быть произведена путем составления и решения среднемноголет-
него уравнения водного баланса для речного бассейна или его части.
При этом первостепенным является вопрос о том, в какой части арте-
зианского бассейна расположен исследуемый район: в области питания,
напора или разгрузки. Уравнения среднемноголетнего водного баланса,
согласно Б. И. Куделину (1960), имеют вид
X=Y+Z + W — для речных бассейнов (или их частей), расположенных
в областях питания артезианских бассейнов (VII, 11)
X = I+Z —для речных бассейнов (или их частей), расположенных
в областях транзита	(VII,12)
X = I + Z—IT —для речных бассейнов (или их частей), расположенных
в областях разгрузки	(VII, 13),
где А' — среднемноголетняя величина атмосферных осадков;
У — среднемноголетняя величина речного стока;
Z —среднемноголетняя величина испарения;
W — среднемноголетняя величина инфильтрации в глубокие водо-
носные горизонты в области питания, или величина артезиан-
ского стока в области разгрузки, или разность между ними.
В общем виде уравнение водного баланса какого-либо расчетного
участка, охватывающего весь речной бассейн или его часть, будет иметь
вид
X=Y-\-Z+W.	(VII, 14)
Отсюда величина естественных ресурсов подземных вод глубоких
артезианских горизонтов, выраженная в миллиметрах слоя воды, посту-
пающей на питание подземных вод в течение года, равняется:
±W=X — Y — Z.	(VII, 15)
Знак «плюс» получается в тех случаях, когда уравнение средне-
многолетнего водного баланса составляется и решается для областей
питания глубоких артезианских вод, а знак «минус» — при решении
уравнения водного баланса для бассейнов, расположенных в областях
разгрузки артезианских вод.
Следует отметить, что водный баланс для речного бассейна или
его части может быть составлен не только по среднемноголетним дан-
ным, но и для любого промежутка времени (месяц, год). В этом случае
величина ±W будет характеризовать питание глубоких артезианских
вод за расчетный период времени (месяц, год).
Практическое использование метода водного баланса для оценки
естественных ресурсов подземных вод определяется тем, насколько
величина ± W больше суммарных величин погрешностей расчета осталь-
ных элементов водного баланса.
Наиболее просто расчет естественных ресурсов подземных вод
методом водного баланса осуществляется при наличии в рассматривае-
мом бассейне или его части наблюдений за осадками, речным стоком
и испарением. Эти материалы могут быть в местном управлении Гидро-
108
метеослужбы. При отсутствии таких наблюдений в отдельных случаях
для ориентировочной оценки естественных ресурсов можно воспользо-
ваться данными по бассейну реки-аналога. В этих случаях задача
гидрогеолога сводится только к правильному выбору величин отдель-
ных составляющих водного баланса за расчетный период времени и
к правильной гидрогеологической интерпретации полученной вели-
чины ± W.
При отсутствии наблюдений за составляющими водного баланса
в исследуемом бассейне или его части и отсутствии данных по реке-
аналогу необходимо провести гидрологические исследования, вклю-
чающие следующие.
1.	Наблюдения за стоком реки в замыкающем створе, если баланс
составляется для всего бассейна, или в верхнем и нижнем створах, если
исследования проводятся для части бассейна. Для этой цели помимо
систематических наблюдений за колебанием уровня воды следует пре-
дусмотреть измерение расходов воды в количестве, достаточном для
всестороннего освещения всей амплитуды колебания расхода воды. При
неизменяющихся или слабо изменяющихся руслах рек и отсутствии
переменного подпора обычно бывает достаточно измерить 25—40 расхо-
дов воды в год (в зависимости от амплитуды колебания уровня воды
в реке). При сильно деформирующихся руслах рек или при переменном
подпоре (или при наличии обоих факторов) нужно предусмотреть изме-
рение 50—100 расходов воды в год.
При составлении водного баланса для части бассейна наблюдения
за речным стоком необходимо проводить в двух створах, ограничиваю-
щих исследуемый участок речного бассейна. Так, для участка бассейна
реки, заключенного между створами I—I и II—II (см. рис. 24) расчет
модуля речного стока производится по формуле
М = 86,4 (А2 — X) ’	16)
где М — модуль речного стока исследуемого участка бассейна реки,
л/сек с 1 км2-,
Qi, Q2 — измеренные расходы реки соответственно в I—I и II—II,
м^/сутки.-,
F],	—площади речного водосбора соответственно к створам
I—I и II—II, км2.
2.	Наблюдения за осадками. Дождемерные посты следует ставить
на разных высотах в местах, характерных для всего бассейна или для
всей части водосбора, заключенной между створами I—I и II—II.
3.	Наблюдения за испарением. Измерение величины испарения про-
изводится при помощи почвенных испарителей различной конструкции,
например испарителя ГГИ-500. Однако в практических исследованиях,
особенно если испарение не является главным элементом водного ба-
ланса, специальные наблюдения за испарением ввиду их большой
сложности и высокой стоимости можно не включать в программу работ.
В этом случае помимо наблюдений за осадками следует проводить
наблюдения за температурой и влажностью воздуха с целью подсчета
величин испарения с поверхности речного водосбора по косвенным
методам, например по графикам Б. В. Полякова (1946) или по методу
А. Р. Константинова (1963 г.).
4.	Проведение гидрологических расчетов по определению мно-
голетних значений стока, осадков, испарения и установлению водности
лет, в течение которых проводились изыскания. В случае необходимости
имеющиеся данные приводятся к многолетнему ряду путем установле-
ния их коррелятивной связи с данными по бассейну реки-аналога,
имеющей многолетний ряд наблюдений.
109
Продолжительность гидрологических наблюдений определяется
многими факторами: категорией, по которой представляются запасы
подземных вод, физико-географической характеристикой водосбора и
гидрогеологическими условиями района изысканий, гидрологической
и метеорологической изученностью, соотношением между предполагае-
мыми величинами ресурсов подземных вод и потребностью в воде, вод-
ностью лет, в течение которых проводятся изыскания, и т. д. Минималь-
ная продолжительность гидрологических наблюдений — 1 год.
В заключение следует отметить, что программы гидрологических
исследований с целью определения естественных ресурсов подземных
вод необходимо согласовывать с местным управлением гидрометео-
службы.
Глава VIII
МЕТОДИКА ОПЫТНЫХ РАБОТ
Опытные работы (откачки и наблюдения за восстановле-
нием уровня при остановке водозаборов подземных вод) являются
основным видом работ при гидрогеологических исследованиях, выпол-
няемых для оценки эксплуатационных запасов подземных вод при водо-
снабжении и орошении земель.
По своему назначению откачки подразделяются на пробные, опыт-
ные и опытно-эксплуатационные.
Пробные откачки производятся для предварительной оценки водо-
носности вскрытого горизонта и качества подземных вод и определения
возможного дебита одиночной скважины.
Целью опытных откачек является:
1)	установление зависимости дебита скважины от понижения
уровня воды в ней (кривая дебита);
2)	определение так называемого «внутреннего сопротивления»,
возникающего под влиянием фильтра скважины и процессов, протекаю-
щих в призабойной зоне;
3)	определение коэффициентов фильтрации и водопроводимости
водоносных горизонтов;
4)	определение коэффициента пьезопроводности или уровнепро-
водности;
5)	определение величин срезок уровня в пределах участка возмож-
ного расположения водозабора при совместной работе эксплуатацион-
ных скважин;
6)	определение приведенного радиуса влияния.
Опытно-эксплуатационные откачки проводятся в особо сложных
гидродинамических и гидрохимических условиях для определения воз-
можных изменений расхода, уровня и качества воды во времени. Такие
откачки следует проводить только в сложных гидрогеологических усло-
виях, которые невозможно представить в виде расчетной схемы без
существенных погрешностей.
Методика откачек (выбор типа откачки — одиночная или кустовая,
количество и положение наблюдательных скважин, продолжительность
откачек, количество понижений, их последовательность) определяется
целевым назначением откачки, стадией проведения работ и гидрогеоло-
гическими условиями. Гидрогеологические условия и режим работы
скважины обусловливают режим движения подземных вод при опытных
откачках, в зависимости от особенностей которого выбирается методика
проведения откачек. В связи с этим кратко охарактеризуем режим
подземных вод при опытных откачках.
111
РЕЖИМ ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ПРИ ОПЫТНЫХ ОТКАЧКАХ
Процесс развития депрессионной воронки во время опытной от-
качки является достаточно сложным, так как формирование депрес-
сионной поверхности происходит под воздействием ряда факторов,
важнейшими из которых являются осушение пласта (в безнапорных
водах) или влияние упругого режима (в напорных водах). Однако даже
при непродолжительных откачках (порядка нескольких суток) с посто-
янным дебитом в зоне, окружающей скважину, режим движения подзем-
ных вод приобретает квазистационарный характер, т. е. кривые депрес-
сии перемещаются параллельно самим себе. Размеры зоны, в которой
практически наступило квазистационарное состояние, зависят от лито-
логического состава водовмещающих пород, гидравлического характера
горизонта и продолжительности откачки.
Так, при продолжительности откачек 1—2 суток радиус этой зоны
колеблется от 20 до 100 м в безнапорных водах и от 200 до 1500 м —
в напорных. При длительных откачках, которые производятся для
прогноза понижений уровней в эксплуатационных скважинах во вре-
мени, размеры воронки депрессии становятся столь значительными, что
в некоторых случаях на ее формирование начинают оказывать сущест-
венное влияние процессы перетекания из ниже- и вышележащих гори-
зонтов и границы водоносного пласта в плане.
Процессы перетекания приводят к стабилизации понижения в цен-
тральных и наблюдательных скважинах, влияние же границ пласта
может быть различным. Если скважина расположена близ реки, гид-
равлически связанной с водоносным горизонтом, то происходит быстрая
стабилизация уровня; при непроницаемом контуре, наоборот, скорость
понижения уровня во времени возрастает.
Из анализа режима движения подземных вод при откачках ясно,
что требование — в любых гидрогеологических условиях производить
откачку до установившегося дебита и понижения — является необосно-
ванным, так как во многих случаях стабилизация уровня при постоян-
ном дебите или стабилизация дебита при постоянном уровне может
произойти через десятки лет. Поэтому мнение о том, что откачку, кото-
рая была прекращена до стабилизации уровня, следует считать «некон-
диционной», ошибочно. Кроме того, нужно учитывать, что только
откачка при неустановившемся режиме может дать обоснованные дан-
ные для прогноза развития депрессионной воронки во времени.
Перейдем теперь к характеристике методики проведения откачек.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОТКАЧЕК
Пробные откачки. Из целевого назначения пробных откачек
(предварительная оценка водоносности вскрытых горизонтов, качества
воды и возможного дебита одиночной скважины) следует, что они про-
водятся для выбора водоносных горизонтов и участков для проведения
разведочных работ. Эти откачки проводятся из одиночных скважин
с одним понижением уровня на поисковой стадии и в некоторых слу-
чаях на стадии предварительной разведки. Продолжительность пробных
откачек составляет 1—3 смены.
Опытные откачки являются основным видом гидрогеологиче-
ских работ, проводящихся на стадии предварительной и детальной раз-
ведки подземных вод. Опытные откачки подразделяются на откачки из
одиночных скважин и кустовые. Последние обладают рядом преиму-
ществ перед одиночными, так как позволяют исключить влияние
фильтра скважины и призабойной зоны. Неучет этих факторов может
существеннно повлиять на величину определяемых параметров.
112
Поэтому для решения большинства перечисленных выше задач
целесообразнее проводить кустовые откачки. Исключение составляют
только откачки, которые проводятся для определения зависимости
между дебитом и понижением, а также на стадии предварительной
разведки — откачки для определения коэффициента фильтрации, так
как на этой стадии, целью которой является сравнительная оценка
различных горизонтов и участков, не требуется большая точность в оп-
ределении коэффициента фильтрации. В опубликованной литературе
(Тененбаум, Гринбаум, 1965) имеются рекомендации об отказе от
наблюдательных скважин при откачках, проводимых с целью опреде-
ления коэффициента фильтрации. Однако эти рекомендации получены
на основании анализа материалов очень небольшого количества откачек
одного типа месторождения подземных вод и они не учитывают того, что
кустовые откачки позволяют охарактеризовать коэффициент фильтра-
ции на значительно большей площади, чем одиночные. Кроме того, сле-
дует иметь в виду, что, как показывает имеющийся опыт, только имея
наблюдательные скважины, можно правильно рассчитать коэффициент
пьезопроводности, учесть сопротивление фильтра скважины и призабой-
ной зоны, а также получить данные о срезках уровня, необходимые при
применении гидравлического метода оценки эксплуатационных запасов
подземных вод.
Таким образом, на стадии детальной разведки должны, как пра-
вило, проводиться кустовые откачки, причем в качестве наблюдатель-
ных должны по возможности использоваться пробуренные на участке
разведочные, разведочно-эксплуатационные скважины, а также эксплуа-
тационные скважины. Особенно это относится к глубоко залегающим
артезианским водоносным горизонтам, где бурение специальных наблю-
дательных скважин стоит очень дорого.
При проектировании наблюдательных скважин следует учитывать,
что рекомендации о расположении наблюдательных скважин обяза-
тельно по лучам, нормальным к направлению потока или совпадающим
с ним, не всегда оправданы. Количество лучей и их положение опреде-
ляются степенью однородности водоносного горизонта, граничными
условиями и схемой водозабора. В однородных пластах, когда водо-
заборы располагаются на большом удалении от границ водоносного
горизонта, достаточно иметь один луч из двух-трех наблюдательных
скважин, расположенных по линии заложения водозаборных скважин.
При расположении водозабора у реки или вблизи контакта с другими
отложениями, кроме того, целесообразно иметь луч скважин, направ-
ленный от водозабора к границе. В луче, параллельном реке, расстоя-
ние между центральной и наблюдательной скважинами не должно пре-
вышать расстояния от скважины до реки.
И, наконец, в трещиноватых породах, часто обладающих анизо-
тропными фильтрационными свойствами, желательно иметь два луча
наблюдательных скважин — по основному направлению трещиновато-
сти и перпендикулярно этому направлению.
При наличии в разрезе нескольких водоносных горизонтов, которые
могут быть гидравлически связаны друг с другом, желательно иметь
наблюдательные скважины на различные горизонты.
Расстояние между наблюдательными скважинами и продолжитель-
ность опытных откачек взаимосвязаны. Наблюдательные скважины сле-
дует располагать таким образом, чтобы они находились в зоне квази-
стационарной фильтрации, что в значительной мере облегчает расчет
гидрогеологических параметров, и чтобы абсолютные величины пониже-
ний уровня в них были достаточно велики.
Если принять условие, что понижение в первой наблюдательной
скважине должно составлять не менее 20%, а во второй скважине не
8 Зак. 627	113
менее 10% от понижения в центральной, то для назначения расстояний
до наблюдательных скважин можно руководствоваться табл. 20.
Таблица 20
		Максимальное	расстояние, м
Тип горной породы	Тип водоносного горизонта	до первой наблюдательной скважины	до второй наблюдательной скважины
Мелко- и средпезерни- стые пески	Напорные воды Безнапорные воды	80 10	150 15
Крупнозернистые пески	Напорные воды Безнапорные воды	200 15	450 30
Гравийно-галечниковые отложения	Напорные воды Безнапорные воды	200 25	450 40
Трещиноватые породы	Напорные воды Безнапорные воды	80 30	150 50
Расположение наблюдательных скважин на рекомендуемых рас-
стояниях позволяет охарактеризовать сравнительно большую зону.
Однако в тех случаях, когда понижение в центральной скважине неве-
лико, а следовательно, и понижения в наблюдательных скважинах и
особенно их изменения во времени крайне малы, рекомендуется закла-
дывать еще одну наблюдательную скважину в непосредственной бли-
зости от центральной, на расстоянии 8—10 м в безнапорных горизонтах
и 25—30 м — в напорных. Для определения значения «внутреннего
сопротивления» в безнапорных водоносных горизонтах большой мощ-
ности в тех случаях, когда расстояния до наблюдательных скважин,
приведенные в табл. 20, меньше величины мощности водоносного гори-
зонта, целесообразно иметь наблюдательную скважину, расположенную
от центральной на расстоянии, равном мощности горизонта, так как при
таком расстоянии несовершенство центральной скважины не сказыва-
ется.
При рекомендованных расстояниях между скважинами опытную
откачку для определения коэффициента фильтрации можно проводить
в напорных водах в течение одних суток, а в безнапорных — в течение
двух суток. Однако если учесть возможную неоднородность пласта, то
продолжительность откачки следует несколько увеличить, приняв ее
в безнапорных горизонтах 3—4 суток, в напорных 2—3 суток. Для опре-
деления коэффициента пьезопроводности (уровнепроводности) продол-
жительность откачки должна быть несколько увеличена в связи с тем,
что в этом случае необходимо иметь данные об изменении уровня во
времени. Для получения данных для расчета коэффициента пьезопро-
водности (уровнепроводности) откачку в напорных горизонтах следует
проводить в течение 3—5 суток, а в безнапорных 5—10 суток, при этом
откачка может быть закончена раньше, если в течение 1—2 суток не
будет происходить изменения уровня в скважинах при постоянном
дебите *.
Приведенная выше продолжительность откачек является ориентиро-
вочной. В каждом конкретном случае следует корректировать продол-
жительность опытных откачек, исходя из целевого назначения откачек
и режима движения подземных вод. Хорошим способом анализа явля-
* Рекомендуемая продолжительность относится к собственно откачке, без учета
времени на вспомогательные работы.
114
ется построение во время откачки графика зависимости s = f(lgt).
Подробно вопросы построения графика будут рассмотрены ниже.
Откачка должна проводиться с постоянным максимальным для дан-
ного насоса дебитом. Во время откачки допускается отклонение дебита
от среднего не более чем на 10%. Насосное оборудование следует под-
бирать таким образом, чтобы обеспечивалось понижение в центральной
скважине по крайней мере на 3—4 м.
Замеры уровней проводятся во время откачки в первые два часа
через 10 мин., в последующие 12 часов — через час и далее до конца
откачки — через 2—3 часа.
После окончания откачки обязательно должны быть проведены
наблюдения за восстановлением уровня. Замеры уровня проводятся со
следующими интервалами: первые 15 мин. через минуту, далее в тече-
ние часа — через 5 мин., затем через час.
Опытные откачки с несколькими понижениями уровня следует про-
водить только в тех случаях, когда целью откачки является установле-
ние зависимости дебита скважины от понижения уровня в ней. Кроме
того, откачку с двумя понижениями целесообразно проводить и для
определения коэффициента фильтрации безнапорных водоносных гори-
зонтов, приуроченных к трещиноватым породам, для установления
характера изменения фильтрационных свойств с глубиной. Однако это
имеет смысл только в том случае, когда есть возможность создать
большее понижение, равное 40—50% мощности водоносного горизонта,
и обеспечить достаточно значительную разницу в величинах понижений.
Откачки для установления зависимости между дебитом и пониже-
нием следует проводить на два понижения уровня, а в безнапорных
водоносных горизонтах, приуроченных к трещиноватым породам, неко-
торую часть откачек на три понижения уровня. Этот вывод был сделан
на основании анализа данных 50 опытных откачек, проведенных
в самых разнообразных гидрогеологических условиях (артезианские
бассейны платформенного типа и горноскладчатых областей, водонос-
ные горизонты в отложениях речных долин, в конусах выноса и пролю-
виальных шлейфах и т. д.) с тремя понижениями уровня, при которых
наблюдалась криволинейная зависимость между дебитом и понижением.
Подробные результаты анализа изложены в работе Язвина (1965).
Здесь только отметим, что сопоставление результатов расчетов дебитов
по данным откачек с двумя и тремя понижениями уровня, при пониже-
ниях, в 2—3 раза превышающих понижения при опытных откачках,
показало в абсолютном большинстве случаев расхождение не
более 10%. Аналогичные результаты получились и при проверочных
расчетах, когда по данным двух понижений определялся дебит, соответ-
ствующий третьему понижению, и этот дебит сравнивался с фактиче-
ским. Такие проверочные расчеты были сделаны для 25 откачек, в кото-
рых максимальное понижение в 1,5—2 раза превышало опытное. Рас-
хождение между рассчитанным и фактическим дебитом в семи случаях
не превысило 3%, в пяти случаях составило от 3 до 5%, в десяти слу-
чаях от 5 до 10%, в двух случаях—10—11% и только в одном слу-
чае— 23%. Интересно, что этот единственный случай приходится на
мергелызо-меловой безнапорный водоносный горизонт, т. е. на безна-
порный горизонт в трещиноватых породах, где водопроводимость с глу-
биной уменьшается.
Заметим, что использованное в анализе количество опытов (50 и
25) при полученном распределении отклонений показало, что вероят-
ность того, что расхождение в определении дебитов при откачке с двумя
понижениями по сравнению с откачкой с тремя понижениями будет
составлять менее 10%, равна 0,97—0,9.
Таким образом, приведенные выше цифры убедительно свидетель-
ствуют о том, что проведение откачек на три понижения уровня дает
8*	115
уточнения величин дебита в пределах точности гидрогеологических
расчетов. Поэтому для установления зависимости дебита от понижения
необходимо и достаточно проводить откачку на два понижения уровня.
Одно из понижений должно быть максимально возможным, второе —
не менее чем в 2—3 раза меньше максимально возможного и вместе
с тем не менее 1 м. В случае, если при увеличении понижения будет
наблюдаться увеличение удельного дебита, откачку на меньшем пони-
жении следует повторить, предварительно добившись восстановления
статического уровня. При проведении откачек из безнапорных горизон-
тов в трещиноватых породах, как уже говорилось, некоторое количество
откачек следует проводить на три понижения уровня для определения
изменения характера трещиноватости с глубиной.
Большое значение при проведении откачек с двумя-тремя пониже-
ниями имеет последовательность понижений. Откачку желательно на-
чинать с меньшего понижения. Это связано с тем, что при переходе
с большего понижения уровня на меньшее происходит восстановление
уровня, вызванное уменьшением дебита. В таких случаях наблюдается
временная стабилизация уровня, вызванная уменьшением дебита, что
в некоторых случаях приводит к совершенно неправильным выводам
об установившемся режиме движения подземных вод. Однако в целом
ряде случаев, особенно если водоносные горизонты приурочены к тре-
щиноватым породам или мелкозернистым пескам, для промывки приза-
бойной зоны и создания естественного фильтра откачку целесообразно
начинать с большего понижения. Переход на меньшее понижение в этих
случаях должен осуществляться после полного восстановления уровня,
пониженного при первом понижении.
Опытно-эксплуатационные откачки из одной скважины
или группы скважин следует проводить только в сложных гидрогеоло-
гических условиях. В простых гидрогеологических условиях, которые
могут быть легко отображены в виде расчетной схемы, проводить
опытно-эксплуатационные откачки нецелесообразно. При проектирова-
нии опытно-эксплуатационных откачек в сложных гидрохимических
условиях следует иметь в виду, что в большинстве случаев, даже при
очень близком расположении контура минерализованных или загряз-
ненных вод в плане от водозабора, время передвижения этого контура
измеряется годами. Поэтому опытно-эксплуатационные откачки с целью
установления опытным путем возможного изменения качества подземных
вод следует проводить только при наличии опасности подсоса минера-
лизованных вод в вертикальном разрезе или в случае расположения
водозабора в близком (несколько сотен метров) расстоянии от реки,
несущей загрязненные воды. В этом случае по направлению от водо-
забора к реке должен быть пробурен ряд наблюдательных скважин.
Опытно-эксплуатационные откачки должны проводиться с одним, мак-
симально возможным, дебитом, близким к проектному, продолжитель-
ность их составляет один-два месяца, а иногда и более.
В процессе проведения опытных откачек составляется следующая
полевая документация:
1)	журнал откачки;
2)	хронологические графики зависимости дебита и понижений
уровня в центральной и наблюдательных скважинах от времени —•
Q =	s0 = f(t) и sH=f(O;
3)	графики зависимости дебита и удельного дебита от понижения:
Q = /(s) и q = f(s);
4)	графики s=f (In t).
Хронологические графики следует составлять в таком масштабе,
чтобы по ним можно было легко установить режим движения подзем-
ных вод. Поэтому целесообразно применять искаженный вертикальный
116
масштаб. Наиболее наглядным является вертикальный масштаб: 1 см
на графике—10 см в натуре. При больших абсолютных значениях
понижений построение можно начинать от условного нуля.
Кривая дебита. Кривая дебита является важной характери-
стикой эксплуатационной скважины, так как позволяет определять
величину дебита скважины при понижениях, превышающих достигнутые
при откачке, или величину понижения, соответствующую проектному
дебиту. Кривые дебита позволяют учитывать дополнительные сопро-
тивления, возникающие при движении воды в призабойной зоне и
по трубам.
Теоретически кривая дебита для напорных вод при установившемся
движении должна иметь вид прямой линии, а для безнапорных —
параболы. Удельный дебит — дебит на 1 м понижения уровня — для
напорных вод должен быть постоянным, а для безнапорных умень-
шаться по закону прямой линии.
В реальных условиях кривые дебита очень часто отличаются от
теоретических. Это объясняется и различными сопротивлениями в при-
забойной зоне и при движении жидкости по трубам и возможными
нарушениями линейного закона фильтрации, а в безнапорных горизон-
тах— и неоднородностью фильтрационных свойств по вертикали. Гра-
фически зависимости дебита от понижения, построенные на основании
опытных данных, обычно представляют собой кривые, в которых уве-
личение понижения при росте дебита происходит быстрее, чем это сле-
дует из теоретических зависимостей. Наиболее частая на практике
связь между дебитом и понижением выражается следующим урав-
нением:
s = aQ + ^Q2,	(VIII, 1)
где а и Ь — эмпирические коэффициенты, определяемые по опытным
данным.
Параметры а и Ь наиболее просто находятся путем построения
графика: = f(Q). Этот график представляет прямую линию, у кото-
рой угловой коэффициент (тангенс угла наклона к оси) равен «Ь»,
а отрезок, отсекаемый на оси -i-, дает значение «а». После определения
параметров а и b по формуле (VIII, 1) рассчитывается понижение при
проектном дебите. Если эксплуатация будет происходить при неустано-
вившемся движении, к величине, рассчитанной по этой формуле, необхо-
димо добавить дополнительное понижение во времени. Методы опреде-
ления дополнительного понижения приведены в работах Биндемана
(1963) и Бочевера (1963). В ряде руководств рекомендуется для состав-
ления кривой дебита пользоваться степенной зависимостью. Однако,
как показали проведенные исследования, в подавляющем большинстве
случаев расхождение между прогнозируемыми дебитами при степенной
и параболической зависимостях составляет не более 10% (при двух- и
трехкратной экстраполяции опытных понижений). Следует отметить,
что степенная зависимость, как правило, дает большее значение дебита.
Поэтому при оценке запасов подземных вод целесообразнее применять
параболическую зависимость, выражаемую уравнением (VIII, 1).
Как уже отмечалось, для построения кривых дебита следует брать
понижение уровня на один и тот же момент времени после начала
соответствующего понижения. В том случае, если при больших пони-
жениях будет наблюдаться увеличение удельного дебита, что может
быть связано с изменениями в призабойной зоне, следует повторить
откачку на меньшем понижении.
117
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ФИЛЬТРАЦИИ,
ВОДОПРОВОДИМОСТИ, УРОВНЕПРОВОДНОСТИ
И ПЬЕЗОПРОВОДНОСТИ
Основными параметрами водоносного пласта при оценке эксплуата-
ционных запасов гидродинамическими методами являются коэффи-
циенты фильтрации, пьезопроводности и уровнепроводности. В некото-
рых случаях для напорных водоносных горизонтов целесообразно опре-
делять коэффициент водопроводимости, под которым понимается
произведение коэффициента фильтрации на мощность водоносного
пласта. Это связано с тем, что в расчетные формулы для напорных вод
входит непосредственно произведение коэффициента фильтрации на
мощность. В зависимости от гидрогеологических условий требуется
определять в одних случаях только коэффициент фильтрации, в дру-
гих — коэффициент фильтрации совместно с коэффициентом пьезопро-
водности или уровнепроводности.
Ограничиться только определением коэффициента фильтрации
можно в следующих случаях.
I.	При расположении водозабора вблизи водотоков и водоемов,
с которыми водоносные горизонты имеют постоянную гидравлическую
связь, так как в этом случае довольно быстро наступает установившееся
движение.
2.	В безнапорных водоносных горизонтах, заключенных в песках
и гравийно-галечниковых отложениях, проницаемых по порам, так как
в эти.х породах водоотдача изменяется в небольших пределах, и коэф-
фициент уровнепроводности может быть вычислен непосредственно
по формуле
где а —коэффициент уровнепроводности, м21сутки\
k — коэффициент фильтрации, м.!сутки\
hCT, — средняя мощность водоносного горизонта, .и;
|л — коэффициент водоотдачи.
3.	При применении метода аналогий. Коэффициенты фильтрации
и уровнепроводности (пьезопроводности) определяются во всех случаях,
если эксплуатация водозабора будет происходить в условиях неустано-
вившегося движения, и коэффициент уровнепроводности не может быть
определен по формуле (VIII, 2), при:
I) эксплуатации водозабором напорного водоносного горизонта
вдали от его границ (неограниченный пласт) или горизонта, ограни-
ченного непроницаемыми контурами;
2) эксплуатации водозабором безнапорного горизонта, приурочен-
ного к трещиноватым породам.
Расчеты коэффициента фильтрации могут проводиться как по фор-
мулам установившегося движения, так и по формулам неустановив-
шейся фильтрации. Коэффициент пьезопроводности (уровнепроводно-
стн) рассчитывается только по формулам неустановившейся фильтра-
ции подземных вод.
Расчет коэффициента фильтрации по формулам
установившейся (квазистационарной) фильтрации
В том случае, если наблюдательные скважины расположены в зоне
квазистационарного режима, коэффициент фильтрации можно опреде-
лять по известным формулам Дюпюи для установившегося движения.
При откачке из одиночной скважины в формулу Дюпюи вместо радиуса
118
влияния следует подставлять величину приведенного радиуса влияния
Ниже приводятся формулы Дюпюи для совершенных скважин.
Напорные воды:
0,366 Q lg
k = -----—--5-----для центральной скважины; (VIII, 3)
/Ибо
0,366Qlgy-
/г =—77---гт----для центральной и наблюдательной сква-
т 0	1	жин,	(VIII,4)
0.366Q 1g -у-
& ~ т (у — $.)'--для Двух наблюдательных скважин (VIII, 5)
Безнапорные воды:
0.73Q 1g 5^..
k=	р-----для центральной скважины, (VIII, 6)
0,73Qlg-p-
	—-----для центральной и наблюдательной сква-
«0	1)(«о-1) ЖИН,	(VIII, 7)
0,73Qlgy-
k = -гул— ---- . , 1——г---для двух наблюдательных скважин,
ин-т— s2) («1 — s2)	(VIII 8)
где k —• коэффициент фильтрации, м[сутки-,
So, Si, s2— понижение уровня соответственно в центральной и в первой
и второй наблюдательных скважинах, ж;
Г] ?! г2 — расстояние от первой и второй наблюдательных скважин до
центральной, ж;
го —радиус скважины, ж;
т — мощность напорного водоносного горизонта, ж;
Н — мощность безнапорного водоносного горизонта, ж;
Q — дебит скважины, м?1сутки-,
Лпр — приведенный радиус влияния, ж.
Формулы (VIII, 3 — VIII, 8) выведены для совершенных скважин.
Однако при значениях //т>0,1 (/ — длина рабочей части фильтра,
т — мощность водоносного горизонта), что при изысканиях для водо-
снабжения является наиболее частым случаем, они могут применяться
и для несовершенных скважин. Для этого в формулы Дюпюи вводится
поправка на несовершенство, и формулы приобретают следующий вид.
Напорные воды:
0.366Q [lg^ + 0,217£о]
k = --------------------------
'vwflg 0,217 (60-е,)]
ь= L г°____________________________L
т (So — ат)
_ O/S(.(>Q [1g у- + 0,217 (?,- £2)J
т («1 — s2)
— для центральной скважины, (VIII, 9)
— для центральной и наблюдательной
скважины,	(VIII, 10)
— для	двух наблюдательных сква-
жин.	(VIII, 11)
119
Безнапорные воды:
0.73Q [lg + 0,2176О1
ь =_________L Гп___________
(2/7-s0)s0
0.73Q [>g ТГ + 0>217 (?0 — ё1)]
(2/7 —$0 - S1)(SO —S))
0.73Q	+ 0,217 (gt — е2)]
(2/7—Si —s2) (Sj —s2)
— для центральной скважины, (VIII, 12)
— для центральной и наблюдательной
скважин	(VIII, 13)
— для двух наблюдательных сква-
жин,	(VIII, 14)
где £о, 6ь 62 — величины фильтрационных сопротивлений, соответствен-
но учитывающие несовершенство центральной, первой и
второй наблюдательных скважин по степени вскрытия,
а в центральной скважине также влияние конструкции
фильтровой части.
Величина 6о складывается из двух составляющих 6о' и - 6о' —
определяет несовершенство скважины по степени вскрытия, a ko" — влия-
ние конструкции фильтровой части и других технических причин, г/,
и & находятся по табл. 21 (заимствована из работ Веригина, 1962) в за-
висимости от отношения длины рабочей части фильтра центральной
скважины (/) к мощности водоносного горизонта (т) и мощности во-
доносного горизонта к величине г. При определении £о' величиной г
следует считать радиус центральной скважины го, при определении Ь
и £2 — соответственно расстояния от первой и второй наблюдательных
скважин до центральной.
Таблица 21
	т/г									
Цт	0,5	1,0	3	10	30	100	200	500	1000	2000
0,1	0,00391	0,122	2,04	10,4	24,3	42,8	53,8	169,5	79,6	90,9
0,3	0,00297	0,0907	1,29	4,79	9,2	14,5	17,7	21,5	24,9	28,2
0,5	0,00165	0,0494	0,656	2,26	4,21	6,5	7,86	9,64	и,о	12,4
0,7	0,000546	0,0167	0,237	0,879	1,69	2,07	3,24	4,01	4,58	5,19
0,9	0,000048	0,0015	0,0251	0,128	0,3	0,528	0,664	0,846	0,983	1,12
При определении величины 6 для безнапорных водоносных горизон-
тов мощность водоносного горизонта Н уменьшается на половину пони-
жения в центральной скважине. В том случае, если фильтр центральной
скважины незатопленный, его длина I уменьшается на половину длины
осушенной части фильтра.
Приведенные в табл. 21 значения £ используются при расположе-
нии рабочей части фильтра у кровли или подошвы пласта. При распо-
ложении фильтра внутри пласта величины £, как показано в работе
Ф. М. Бочевера (1965), следует уменьшать при llm = G,3 на 1,5, при
llm = Q,b на 0,7.
Величина £о наиболее точно может быть рассчитана по данным
кустовых откачек (см. стр. 130).
Несовершенство наблюдательных скважин, если они расположены
на расстояниях, примерно равных или превышающих мощность водонос-
ного горизонта, очень незначительно и его можно не учитывать.
Приведенные выше формулы справедливы для неограниченных
пластов. Однако, как показано Н. Н. Веригиным (1962), при рекомен-
120
дованных расстояниях от центральной до наблюдательной скважины
эти формулы обеспечивают достаточную точность при определении
коэффициента фильтрации и для полуограниченного пласта. Как уже
было указано выше, формулы (VIII, 9) — (VIIJ, 14) применяются для
расчетов коэффициентов фильтрации при Z/m>0,l. Если отношение
длины фильтра к мощности водоносного горизонта меньше 0,1, то для
расчета следует пользоваться следующими формулами:
1,47/
0.3G6Q 1g ——
h —___________г<'
0,73/
0,366Qlg—----
'О
— при расположении фильтра у кровли и подошвы
пласта,	(VIII, 15),
— при расположении фильтра в средней части
пласта.	(VIII, 16).
Для расчета коэффициента фильтрации в безнапорных горизонтах,
в случае незатопленного фильтра, длина фильтра по предложению
Н. К. Гиринского должна быть уменьшена на половину понижения в
скважине. Следует сделать одно важное замечание по расчету коэф-
фициентов фильтрации. Обычно при расчетах коэффициента фильтра-
ции по данным опытных откачек с несколькими понижениями уровня
ойределяется средняя его величина (как среднеарифметическое из
всех определений). Это совершенно неверно, так как различные коэф-
фициенты фильтрации при разных понижениях получаются в связи с
неодинаковыми значениями сопротивлений при движении воды в при-
забойной зоне и внутри скважины, а также из-за недоучета проявлений
неустановившегося режима фильтрации.
Дело в том, что если переход с одного понижения на другое
происходит без восстановления уровня, на величину второго пони-
жения накладываются процессы восстановления или дополнительного
понижения, вызванного уменьшением или увеличением дебита. Кроме
того, как правило, откачки при разных понижениях имеют различную
продолжительность, а для расчета коэффициента фильтрации берется
понижение в конце откачки, что дает несопоставимые результаты.
Поэтому для определения расчетного значения коэффициента фильтра-
ции следует проводить сопоставительные расчеты по наблюдательным
скважинам и по формулам неустановившейся фильтрации. При прове-
дении одиночных откачек определение следует проводить по первому
понижению, при этом, учитывая точность замеров, следует добиваться,
чтобы величина этого понижения была не меньше 1 м.
Расчет коэффициентов фильтрации, водопроводимости,
пьезопроводности и уровнепроводности по формулам
неустановившейся фильтрации
Методы определения коэффициентов фильтрации и пьезопровод-
ности по данным опытных откачек при неустановившемся движении
нашли широкое применение в практике гидрогеологических исследова-
ний. Эти методы основаны на использовании формулы для определения
понижения уровня при работе скважины с постоянным дебитом:
s = - -^4— Е,(— ттН >	(VIII, 17)
4jtkm 11 4at у	v	'
где t—время от начала откачки, сутки-,
а — коэффициент пьезопроводности, мР/сутки-,
г — расстояние от точки, в которой определяется понижение, до
центральной скважины (если понижение определяется в
центральной скважине — радиус скважины), м;
121
Ei — обозначение интегральной экспоненциальной функции, опреде-
ляемой по таблице.
Как известно, что г2/4а/<0,1 интегральную экспоненциальную функ-
цию можно заменить логарифмической. При этом формула приобретает
следующий вид:
л-г-ln	(VIII, 18)
Из формулы (VIII, 18) видно, что понижение уровня связано с
логарифмом времени прямолинейной зависимостью, выражаемой урав-
нением
s = AH-5]g^.	(VIII, 19)
Если построить графйк в координатах s = f(lgt), то получим прямую с
угловым коэффициентом Вис начальной ординатой А (рис. 25, а).
Коэффициент В определяется по формуле
8=:-,-.2—f1--,	(VIII, 20)
lgt2 — lg G	v ’
где s2 и Si, lg/2 и ig i\ — координаты двух любых точек прямой на
графике.
Взяв значение А непосредственно с графика (см. рис. 25, а) и
определив В по формуле (VIII, 20), можно рассчитать коэффициенты
водопроводимости и пьезопроводности по следующим формулам:
(VIII, 21)
Ig а = 21g г - 0,35 +	.	(VIII, 22)
Приведенные выше зависимости применяются для напорных во-
доносных горизонтов. Однако, если понижение уровня составляет не
более 15—20% от первоначальной мощности водоносного горизонта,
изложенной выше методикой можно пользоваться и для определения
параметров безнапорных горизонтов с достаточной для практики точ-
ностью.
Если понижение уровня в безнапорном пласте превышает 15—20%
от величины первоначальной мощности, то для определения параметров
следует построить график s(2H—s) =f(lgf), который также выражается
прямой линией с угловым коэффициентом В и начальной ординатой А.
Коэффициент В в данном случае определяется по формуле
□__ $2 (2Я — s2) —	(2Н — 51)
ig t2 — Ig h
Коэффициент уровнепроводности рассчитывается по формуле (VIII, 22),
а коэффициент фильтрации по формуле
k = 0,366 Q .	(VIn, 24)
Все приведенные выше формулы служат для определения парамет-
ров по совершенным скважинам. При обработке результатов опытных
работ из несовершенных скважин методика остается прежней, не ме-
няются также формулы (VIII, 21) и (VIII, 24) для определения коэф-
фициентов водопроводимости и фильтрации. Несколько изменяется
только формула (VIII, 22) для расчета коэффициента пьезопровод-
ности и уровнепроводности, которая принимает следующий вид:
Ig а = 21g г - 0,35 +	~ °’434* •	(VIII, 25)
(VIII, 23)
122
На графиках s = f(lgt) и s(2H—s)=f(lgt) обычно выделяются три
участка (рис. 25 б). На первоначальном участке точки графика не
ложатся на прямую линию. Этот период соответствует значению
г2/4а/<0,1, когда логарифмическая зависимость между понижением
уровня и временем не действует и когда на величину понижения уровня
значительное влияние оказывают процессы, протекающие в призабой-
ной зоне.
На участке III (см. рис. 25, б) происходит отклонение графика
от прямой линии, что может быть объяснено влиянием границ пласта
или его внутренней фильтрационной неоднородностью. Поэтому для
определения параметров следует использовать только среднюю прямо-
линейную часть графика II, причем при разбросе точек нужно проводить
усредненную прямую.
При построении графиков s = f(lgt), s(2H—s)=f(}gt) понижение
уровня и время принимаются в наиболее удобных размерностях (пони-
жение — в метрах, время — в часах, сутках, минутах); необходимо
только помнить, что размерность коэффициента пьезопроводности зави-
сит от размерностей понижения и времени, выбранных при построении
графика. Так, если понижение откладывалось в метрах, а время
измерялось в сутках, размерность коэффициента пьезопроводности
123
будет в м21сутки, а если s в м, a t в мин, то а соответственно будет в
м^мин.
Размерность величины «km», определяемой по формуле (VIII, 21)
(при размерности понижения в метрах), зависит от размерности дебита.
Так, если дебит измеряется в ж3/сутки, то размерность коэффициента
водопроводимости будет в м2/сутки, если дебит — в м?1час, то коэффи-
циент водопроводимости будет в м2]час.
Если определения параметров проводились по центральной скважи-
не, то в формулы (VIII, 22) и (VIII, 25) вместо г подставляется радиус
скважины го, а если по наблюдательным, то г — расстояние от централь-
ной скважины до наблюдательной.
Описанная методика применима и при обработке результатов наб-
людения за восстановлением уровня; тогда вместо понижений берутся
величины повышения уровня, отсчитываемые от уровня, замеренного
перед остановкой скважины. В формулу (VIII, 21) при этом подстав-
ляется значение дебита, с которым проводилась откачка. При определе-
нии параметров по данным наблюдений за восстановлением уровня не-
обходимо, чтобы выдерживались следующие соотношения:
t-i < 1,П0,
(VIII, 26)
где t0 — время от начала откачки до остановки скважины;
t\ — момент времени, который может быть использован в качестве
начальной точки при построении графика s0 = f(Igf);
f2 — момент времени, который может быть принят в качестве конеч-
ной точки этого графика (гц и t2 отсчитываются от начала от-
качки).
Эти соотношения следует выдерживать, так как в противном слу-
чае может быть получена существенная ошибка из-за неучета процессов
развития понижения после остановки скважины.
Как показывает опыт, определение коэффициента пьезопровод-
ности при обработке данных откачек по центральной скважине часто
дает неточные результаты из-за неучета сопротивлений, возникающих
в призабойной зоне. Поэтому по возможности предпочтительнее опре-
делять коэффициент пьезопроводности по наблюдательным скважинам.
Пример расчета. Определить коэффициенты водопроводимости и
пьезопроводности по данным опытной откачки из совершенной сква-
жины, вскрывшей напорные воды в известняках каменноугольного воз-
раста в Московском артезианском бассейне.
Откачка проводилась с постоянным дебитом 2660 м?1сутки. Наб-
людения за изменением уровня проводились по наблюдательной сква-
жине, расположенной на расстоянии 300 м от центральной. Результаты
наблюдений приведены в табл. 22.
Таблица 22
Время после начала откачки, час	>g t	S, м
8,00	0,90	0,30
11,00	1,04	0,45
13,00	1,11	0,50
21,00	1,32	0,80
31,00	1,49	0,90
27,00	1,67	1,05
Строим график s=/(lg£), выражая время в часах и понижение в
метрах (рис. 25, в). С графика снимаем значение А, равное —0,61.
124
Определяем В по формуле (VIII, 20) по понижениям и времени для
двух точек графика и V):
о 1,0—0,4
1,58-1,0
1,0.
По формулам (VIII, 21) и (VIII, 22) определяем коэффициенты
водопроводимости и пьезопроводности:
,	1,83-2660	.о_
я/п = —!—j-g----= 485 м?/сутки;
1g а = 21g 300 -0,35 -0,61 =4,0;
а=104 м21час = 2,4-105 м2!сутки.
При кратковременных откачках при определении параметров по
данным наблюдений за изменением уровня в удаленных скважинах,
когда величина г2/4а/>0,1, для расчета параметров следует пользоваться
формулой (VIII, 17).
Если известно два значения понижения уровня ($i и $2) на два
соответствующих момента времени (t\ и /2) при откачке, проводимой с
постоянным дебитом, то из формулы (VIII, 17) можно получить следую-
щее выражение:
$2
«1
(VIII, 27)
Определение а производится подбором. Для этого нужно задаться
несколькими значениями а и определить по формуле (VIII, 27) вели-
чину — при заданных а. После этого строится график зависимости
-'1
— = f(tz) и по графику определяется то значение а, которое соответ-
51
So
ствует отношению —, полученному по данным откачки.
Коэффициент водопроводимости при найденном значении а опреде-
ляется по формуле
km = - -Д-	-Д-) .	(VIII, 28)
4rcst 1 (	v	'
Для удобства расчетов В. М. Шестаков предложил выбирать зна-
чения понижений уровней и $2 на моменты времени t\ и /2, отличаю-
щиеся друг от друга в а раз (£2 = а^), где а=1,5; 2,0; 2,5; 3,0.
Для таких соотношений В. М. Шестаковым (1962) составлен гра-
фик зависимости величины — от величины X, где
si
Х =	(VIII, 29)
Зная величину
X и по формуле
пьезопроводности:
—, по графикам (рис. 26) определяем величину
si
(VIII, 30) рассчитываем значение коэффициента
№
а~ 4Ц
(VIII, 30)
Коэффициент водопроводимости определяется по формуле (VIII, 28).
Приведенные выше формулы касалирь обработки данных опытных
работ для случаев, если откачка проводится из одной скважины. Од-
нако в сложных гидрогеологических условиях для этого должны быть
использованы результаты длительных групповых откачек.
125
При групповых откачках понижения уровня даже в точках, удален-
ных от опытных скважин на большие расстояния, достигают значитель-
ных величин. Это позволяет более
Рис. 26. График зависимости соотношения
понижений уровня от коэффициента пьезо-
проводиости
надежно, чем при одиночных откач-
ках, определить расчетные парамет-
ры водоносного горизонта для зна-
чительной площади его распределе-
ния.
В случаях неоднородных пла-
стов, фильтрационные свойства ко-
торых незакономерно меняются по
площади, при обработке результа-
тов групповой откачки определяют
расчетные параметры по всем на-
блюдательным скважинам, располо-
женным в разных точках пласта, и
находят их средние значения для
исследуемой зоны.
Для определения параметров
по данным групповой откачки ис-
пользуется тот же графоаналитиче-
ский метод, но для учета изменения
дебита строится график s=f(lg/np),
где tnp — приведенное время работы
водозабора, учитывающее различ-
ные дебиты скважин и время их ра-
боты; 1g /Пр определяется по фор-
муле
lg^np = lg^ + lg(^— Л) 4-«2 lg(^ — ^2) I-«« 1g (^.— Q’ (у1И> 31)
где	t — время от начала откачки до момента, на который опре-
деляется понижение;
/j, /2, ..., tn — время начала работы скважин с номерами 1, 2, 3,
а2 = 'Ж % = -^,	(VIII, 32)
где Qo — дебит скважины, для которой определяется приведенное время,
a Qi, Q2, ..., Qn — дебиты скважин с номерами соответствен-
но, 1, 2, 3, ..., п.
Для определения параметров необходимо выбрать несколько рас-
четных периодов t и для каждого из них по формуле (VIII, 31) опре-
делить lg/пр- Далее следует построить график зависимости s = f(lg/np),
где s — понижение уровня в водозаборной или наблюдательной скважи-
не на моменты времени, для которых определяется lg/пр. По графику,
так же как и при откачке из одиночной скважины, определяются коэф-
фициенты А и В. Гидрогеологические параметры рассчитываются по
формулам;
£/?7=0383Q„	(VIII, 33)
£>
А
21g Г 1 + 2а; Ig г2 . . . -j-2an_1 Ig Гп - (1 -|-aj-|-a2 + . . .	0,35+ r>
Iga =-------------------i-7--i-T------v--------------------- • (VI1L 34)
где /’I, /'2, ..., rn — расстояние от скважин с номерами 1, 2. ..., п
до точки, в которой замерялось понижение.
Методика определения параметров по данным групповой откачки
может быть использована и для случая, когда работает одна скважина,
но дебит ее по техническим причинам не остается постоянным. В этом
случае изменение дебита схематично нужно представить в виде сту-
пенчатого графика (рис. 27).
126
Для определения параметров выбирают несколько расчетных перио"
дов t и для каждого из них по формуле (VIII, 31) находят 1g /Пр- Коэф-
фициенты cti, аг, •••, ап-i, входящие в формулу, определяются по
следующим зависимостям:
„ __ Qz <?! л ,____ Qz Qz	__ Qn Qn-i ЛШ1
“1- —Qi '> “2-----------й~>	-----Q.----’	<V,n’ 35>
где	Qi — первоначальный дебит скважины;
Qz. <2з, • ., Q„ — дебиты скважин соответственно в моменты времени
ti, t2, • • , tn (см. рис. 27).
После этого строится график зависимости s = f(lg^«) и определя-
ются параметры А и В.
Коэффициент водопроводимости рассчитывается по формуле
(VIII, 33), а коэффициент пьезопроводности — по формуле
2 (1 + ai + ... -г ал-1) 1g Г — (1 + a, t- . . . +ап_1)0,35 -J- о
1g а =-----------------------=-----------------------------------—. (VIII, 36)
S	1 + 04 + . . . +	V	7
Расчетные периоды при
определении параметров при ®
групповой откачке и при от-
качке с изменяющимся де-
битом должны быть боль-
ше времени пуска послед-
ней скважины (при группо-
вой Откачке) или последне-
го изменения дебита (при
одиночной откачке с пере-
менным дебитом), т. е. при
t>tn.
Методика определения
параметров при групповых
откачках и откачках с из-
Рис. 27. График изменения расхода водозабора во вре-
мени
меняющимся дебитом с учетом всего времени откачек изложена в ра-
боте Ф. М. Бочевера, И. В. Гармонова, А. В. Лебедева, В. М. Шеста-
кова (1965).
Наиболее точно гидрогеологические параметры можно определить,
анализируя опыт работы действующих водозаборов. Действительно,
в этом случае мы имеем дело не с относительно непродолжитель-
ным опытом, относящимся к отдельным «точкам» водоносного пласта,
как в случае' опытных откачек из отдельных скважин, а с мощной
откачкой из системы взаимодействующих скважин, продолжающейся
годами. При этом влияние отдельных факторов, формирующих
эксплуатационные запасы и трудно учитываемых раздельно (питание
водоносного горизонта, водопроводимость и упругие свойства пласта,
перетекание воды из смежных водоносных горизонтов и т. д.), рас-
сматриваются в их совокупности.
Определение параметров может быть выполнено и по данным мно-
голетней эксплуатации водозабора (см. гл. IX).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИВЕДЕННОГО РАДИУСА ВЛИЯНИЯ
Величина приведенного радиуса влияния (Дпр) определяется раз-
личными способами в зависимости от режима движения подземных вод.
Если режим движения неустановившийся, то приведенный радиус влия-
ния определяется по формуле
R^=\,bVat .	(VIII, 37)
127
Если же при проведении опытных откачек произошла стабилизация
уровня, то приведенный радиус влияния можно определить по данным
откачки по формуле Дюпюи:
1gЯпр= S1 lg^-ylgr- ,	(VIII, 38)
61 — 62
где S] и s2— понижение в первой и второй наблюдательных скважинах;
/у и гг — расстояние этих скважин от центральной.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО
ФИЛЬТРАЦИОННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Как уже отмечалось, величина фильтрационного сопротивления,
учитывающая несовершенство центральной скважины (£0), склады-
вается из двух составляющих, определяющих несовершенство по степе-
ни вскрытия водоносного пласта и влияние конструкции фильтровой
части скважины. Величина, характеризующая несовершенство по сте-
пени вскрытия, определяется по табл. 21. Величину £0> определяю-
щую влияние конструкции, Ф. М. Бочевер и В. С. Алексеев (1965)
предложили определять как разность между величинами £0 и £0"- Вели-
чина to может быть определена по данным кустовой откачки с двумя
наблюдательными скважинами. После преобразования выражения,
приведенного в работе Бочевера и Алексеева (1965), можно для рас-
чета получить простую формулу:
^0 = 4,6M^-lg^--lg-M.	(VIII, 39)
\ *1 — $2	/1	Л) )
При большом количестве наблюдательных скважин Ф. М. Бочевер
и В. С. Алексеев рекомендуют использовать графо-аналитический ме-
тод, заключающийся в построении и обработке графика
Для построения графика берутся разности понижений по всем па-
рам скважин, включая центральную. Графики, построенные в коорди-
г., 1
натах As—lg-^—, представляют прямые линии. При этом прямые, по-
строенные по наблюдательным скважинам, проходят через начало коор-
динат. Прямые, построенные по центральной и наблюдательной сква-
жине, отсекают на оси ординат отрезок.
Если определить для полученных прямых угловой коэффициент В,,
и начальную ординату AIt можно рассчитать величины km и £0 по фор-
мулам:
km= °’3^6Q-,	(VIII, 40)
(VIII, 41)
Угловой коэффициент В, определяется по координатам двух любых
точек графика по формуле
(Si+X — Si) — (S; — Si A
(VIII, 42)
r1	ri-1
Следует иметь в виду, что изложенная выше методика определения
показателя несовершенства £0 может применяться только в достаточно
однородных пластах.
Г л а в а IX
ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В РАЙОНАХ ДЕЙСТВУЮЩИХ ВОДОЗАБОРОВ
Очень часто геологическим организациям приходится решать
задачу водоснабжения городов, населенных пунктов, промышленных
объектов, расположенных в районах, где уже имеются действующие
водозаборы. Как показывает практика рассмотрения отчетов, в ГКЗ
нередки случаи, когда гидрогеологи, проводящие изыскания в таких
районах, совершенно недостаточно изучают имеющийся опыт эксплуа-
тации и начинают разведку новых участков без учета работы действу-
ющих водозаборов. Поэтому встречаются случаи, когда проводится
дорогостоящая разведка новых участков, в то время как вся выявлен-
ная потребность может быть удовлетворена путем расширения действу-
ющего водозабора. В других случаях новый водозабор проектируется
на таких расстояниях от действующего, что его эксплуатация в резуль-
тате взаимодействия с существующим может ухудшить работу или
совсем вывести из строя действующие скважины в связи с «перепони-
жением» уровня подземных вод. При этом следует учитывать, что
в ряде случаев выход существующего водозабора из строя, при допол-
нительном понижении уровня, может объясняться чисто техническими
причинами: конструкцией скважин, не позволяющей опускать насосы
на большую глубину.
Для того чтобы изыскания подземных вод в районах действующих
водозаборов проводились наиболее целенаправленно и экономично, ис-
следования в таких районах должны обязательно начинаться с изуче-
ния опыта работы действующих водозаборов. Анализ режима работы
таких водозаборов позволяет решить следующие задачи.
1.	Оценить эксплуатационные запасы подземных вод на участке
действующего водозабора и тем самым дать прогноз о возможности
увеличения дебита этого водозабора или необходимости сокращения
водоотбора.
2.	Правильно выбрдть новые участки для разведки подземных вод
в том случае, если гидрогеологические условия на участке действую-
щего водозабора не позволяют увеличить его дебит.
3.	Получить наиболее достоверные данные (гидрогеологические
параметры и характеристику граничных условий) для оценки эксплуа-
тационных запасов подземных вод в районах, находящихся в анало-
гичных гидрогеологических условиях.
При анализе работы действующего водозабора мы имеем дело не
с относительно непродолжительными опытами, относящимися к отдель-
ным «точкам» водоносного пласта, как в случае опытных откачек из
отдельных скважин, а с мощной откачкой из системы взаимодействую-
щих скважин, продолжающейся годами. При этом влияние отдельных
факторов, формирующих эксплуатационные запасы и трудно разделяе-
9 Зак. 627	129
мых (питание водоносного горизонта, водопроводимость и другие
свойства пласта, перетекание из смежных водоносных горизонтов и пр.),
учитывается по их совокупности.
Изучение опыта работы действующего водозабора должно начи-
наться с его рекогносцировочного обследования. Во время обследования
гидрогеолог должен собрать сведения о количестве водозаборных сква-
жин, их расположении, наличии наблюдательных скважин и нерабо-
тающих водозаборных (резервных) скважин, которые могут быть ис-
пользованы в качестве наблюдательных. В эксплуатирующей органи-
зации необходимо получить данные о суммарном дебите водозабора и
его изменении с начала работы водозабора, режиме его работы (суточ-
ные и сезонные изменения дебита). На месте нужно ознакомиться с обо-
рудованием скважин, установить возможность замера в них динамичес-
ких уровней и там, где это возможно, эти уровни замерить.
По архивным и опросным данным необходимо установить положе-
ние динамического уровня на несколько моментов времени предшеству-
ющей эксплуатации для определения характера режима (установив-
шийся или неустановившийся) подземных вод в районе водозабора.
Следует иметь в виду, что на многих крупных водозаборах в насто-
ящее время проводятся наблюдения за режимом подземных вод силами
гидрогеологических станций. Поэтому гидрогеологам, проводящим
изыскания для водоснабжения, необходимо ознакомиться с результа-
тами этих наблюдений и получить данные об изменении уровня и дебита
водозабора. Для тех водозаборов, на которых стационарные наблюде-
ния за режимом не проводятся, по результатам обследования следует
составить программу работ по сбору данных и проведению наблюдений
за режимом подземных вод, а в необходимых случаях предусмотреть
бурение специальных наблюдательных скважин.
В этой программе должны быть следующие виды работ.
1.	Сбор и обобщение данных о геологическом строении, гидрогео-
логических условиях и истории работы водозабора. Первоначально
эти данные должны быть получены при рекогносцировочном обследо-
вании. В дальнейшем в результате проработки фондовых и архивных
материалов они должны быть уточнены и детализированы.
Для района водозабора должны быть собраны и обобщены все
региональные гидрогеологические материалы. Должна быть составлена
гидрогеологическая карта района* водозабора в масштабе 1:25 000—
1:50000 для артезианских и 1:10 000—1:25000— для грунтовых вод.
Карта должна сопровождаться детальными гидрогеологическими разре-
зами такого же горизонтального масштаба, на которых показывается
литология пород, уровни, напоры и т. п. Соотношение горизонтального
и вертикального масштабов должно быть таким, чтобы отчетливо были
видны уклоны депрессионной поверхности, соотношение напоров
в поэтажно расположенных горизонтах, связь с реками и т. д. Должны
быть получены данные о режиме рек, если эксплуатируемый водонос-
ный горизонт имеет гидравлическую связь с поверхностными водами,
и о количестве осадков за период эксплуатации. В ирригационных рай-
онах должны быть собраны данные о количестве поливных вод, интен-
сивности поливов, величине отбора поверхностных вод для орошения.
В связи с тем, что для большинства районов крупномасштабных
гидрогеологических карт не имеется (имеются лишь карты масштаба
1 :200000 и то для немногих районов), допускается составление карт-
схем на топографической основе. Гидрогеологический материал на такие
карты можно схематично переносить с карт более мелких масштабов.
* Под районом в данном случае понимается территория, на режим подземных
под которой существенно влияет эксплуатация рассматриваемого водозабора.
130
На карту-схему должны быть нанесены все эксплуатационные и
наблюдательные скважины района. Эта же карта служит основой для
построения гидроизогипс или гидроизопьез. Для участка расположения
обследуемого водозабора составляется крупномасштабный план
(1:10 000—1:5000), на котором также показываются водозаборные и
наблюдательные скважины.
При изучении истории работы водозабора необходимо по возможно-
сти установить отметку статического уровня подземных вод до начала
эксплуатации водозабора, используя в этих целях отчеты по изыска-
ниям, производившимся для строительства водозабора.
При отсутствии таких данных можно ориентировочно судить о ста-
тическом уровне подземных вод по скважинам, находящимся заведомо
вне зоны влияния водозабора и расположенным по линии, проходящей
через водозабор, в направлении, перпендикулярном направлению есте-
ственного потока подземных вод. Однако в тех случаях, когда водонос-
ный горизонт используется многими водозаборами в течение длитель-
ного времени, в результате чего происходит общее региональное сниже-
ние уровней подземных вод (например, в районе Москвы и ее
окрестностей), этот прием оказывается невозможным.
Во всех случаях необходимо собрать данные об изменениях дебитов
водозаборных скважин и понижений уровней во времени. Если нет
данных о дебитах отдельных скважин (в случае, когда вода из скважин
поступает в общий водовод), то нужно получить данные об изменениях
суммарного дебита. В некоторых случаях о дебитах отдельных скважин
за прошедшие годы можно судить по их производительности в настоя-
щее время, если оборудование скважины (тип насоса, глубина погру-
жения приемного клапана) за время эксплуатации не изменилось. Для
сбора данных по динамике уровней необходимо использовать все имею-
щиеся замеры уровней в период ремонта и во время других остановок
скважин.
Данные о работе водозабора за прошедшее время следует отобра-
жать на графике, по оси абсцисс которого откладывается время, а по
оси ординат — дебиты и понижения уровня. На графике должен быть
показан суммарный дебит, а в случае, если водозабор состоит из
небольшого количества скважин, рассредоточенных по площади, то и
дебит каждой скважины. Вертикальный масштаб графика должен быть
выбран с таким расчетом, чтобы изменения дебита и уровней воды
в скважинах были нагляднее. Горизонтальный масштаб (шкалу вре-
мени) целесообразно принимать равным 1 месяц=1сж, при длительной
работе водозабора (более 5—10 лет) 1 месяц=0,5 см.
По всем эксплуатационным скважинам должны быть собраны дан-
ные первичных откачек, проведенных перед пуском скважин в экс-
плуатацию.
Для водозаборов, где возможен подсос минерализованных вод,
должны быть получены данные о продвижении фронта этих вод
в плане, об изменении минерализации воды в эксплуатационных
скважинах.
2.	Проведение наблюдений за изменением уровней подземных вод,
их химическим составом и дебитом водозаборных скважин. В тех слу-
чаях, если на .рассматриваемом водозаборе гидрогеологическими стан-
циями проводятся такие наблюдения по специальной программе,
разведочным организациям достаточно получить данные этих наблю-
дений в гидрогеологических станциях. Если же на водозаборе стационар-
ных систематических наблюдений не проводится, следует организовать
цикл таких наблюдений, продолжительность которых должна составлять
не менее года. При этом следует иметь в виду, что уже по собранным
в первоначальный период работ данным можно сделать ориентировоч-
ный вывод о возможности расширения действующего водозабора. В том
9*	131
случае, если обследуемый водозабор не может удовлетворить заданную
потребность, необходимо приступить к поискам новых участков и их
предварительной разведке, не дожидаясь окончания годичного цикла
наблюдений на действующем водозаборе. Эти работы в таких случаях
должны проводиться параллельно. При выборе новых участков необхо-
димо учитывать возможное взаимодействие проектируемых водозаборов
с существующими.
При организации наблюдений на крупных действующих водозабо-
рах, на которых отсутствует наблюдательная сеть, можно рекомендо-
вать следующую систему расположения наблюдательных скважин,
учитывая, что наблюдения по ним должны продолжаться и после пре-
кращения работ по разведке подземных вод.
При расположении водозаборов в неограниченных пластах места
для наблюдательных скважин выбираются в зависимости от схемы
водозабора. Если водозабор состоит из большого количества скважин,
сосредоточенных на площади, желательно оборудование двух взаимно
пересекающихся лучей скважин, проходящих через центр депрессион-
ной воронки. На каждом луче следует заложить по пять-семь скважин:
одну в центре воронки, две внутри «большого колодца», на расстоянии
0,25—0,5 его радиуса (в обе стороны от центра), две на расстоянии
1 —1,25 его радиуса и еще две на расстоянии 1,5—2,0 радиуса (также
в обе стороны). Скважины, оборудованные внутри «большого колодца»,
желательно располагать на расстоянии 100—200 м от наиболее высоко-
дебитных скважин водозабора в напорных горизонтах и 25—50 м
в безнапорных.
Если водозабор состоит из ряда сосредоточенных узлов скважин,
каждый из которых представляет «большой колодец» и образует выра-
женную воронку депрессии, следует оборудовать наблюдательные сква-
жины между такими колодцами. В том случае, если водозабор состоит
из нескольких скважин, рассредоточенных по площади, наблюдательные
скважины целесообразно располагать между водозаборными. Кроме
того, в непосредственной близости около наиболее высокодебитной
скважины желательно иметь наблюдательную скважину (на расстоянии
15—20 м в безнапорных горизонтах и 30—50 м в напорных).
Если водозабор располагается на близком (до 2—3 км) расстоя-
нии от границ пласта, то поперечники наблюдательных скважин дол-
жны достигать границы водоносного горизонта, и крайняя наблюда-
тельная скважина должна закладываться в непосредственной (5—10 м)
близости от границы. В том случае, если границей горизонта является
река, целесообразно заложение наблюдательной скважины на противо-
положном от водозабора берегу реки.
Если водозабор у реки расположен в виде линейного ряда, то
крайняя с нагорной стороны наблюдательная скважина на поперечнике,
проходящем перпендикулярно линии расположения скважин, должна
размещаться на расстоянии, не превышающем удвоенное расстояние
водозабора от реки.
На водозаборах, эксплуатирующих подземные воды конусов вы-
носа, наблюдательные скважины должны задаваться в зависимости от
размеров конусов и размеров депрессионных воронок. Если размеры
конуса очень велики (по сравнению с размерами депрессии), наблюда-
тельные скважины следует располагать, как в неограниченных пластах.
При расположении водозабора недалеко от границы (замещение гра-
вийно-песчаных отложений суглинистыми) наблюдательные скважины
должны задаваться так же, как в полуограниченных пластах. При этом
следует иметь в виду, что в связи с большой фильтрационной неодно-
родностью отложений в плане и их слоистостью (чередованием хорошо
проницаемых и слабо проницаемых прослоек) в разрезе желательно
132
оборудовать наблюдательные скважины по нескольким лучам в плане
и на несколько водоносных прослоев в разрезе.
Приведенные рекомендации о расположении скважин являются
сугубо ориентировочными. В каждом конкретном случае количество
наблюдательных скважин и их расположение должно назначаться
с учетом перспектив развития водозабора и особенностей геологиче-
ских условий.
Наблюдения за уровнем подземных вод и замеры дебитов эксплуа-
тационных скважин в течение годичного цикла наблюдений должны
выполняться раз в месяц, а также при изменении величины водоотбора
(при остановках водозабора на воскресные и праздничные дни и т. п.).
Поэтому гидрогеологи должны получить в эксплуатирующей органи-
зации графики работы водозаборных скважин и пуска в эксплуатацию
новых скважин. На инфильтрационных водозаборах, тесно связанных
с реками, во время паводков такие наблюдения надо проводить еже-
дневно. Следует отметить одно важное обстоятельство. Очень часто
при проведении наблюдений на действующих водозаборах гидрогеологи
ограничиваются замерами уровней, а данные по дебитам получают из
актов эксплуатирующих организаций. При этом нужно иметь в виду,
что нередки случаи, когда эксплуатирующая организация приводит
величины дебитов, исходя из паспортной характеристики установленных
в скважинах насосов. Поэтому разведочная организация должна обя-
зательно иметь собственные контрольные замеры дебитов скважин,
которые и будут рассматриваться как фактический материал, обосно-
вывающий запасы подземных вод на данном водозаборе.
Пробы воды на химический и бактериологический анализы, как
правило, должны отбираться раз в квартал; на водозаборах, на кото-
рых существует опасность, подсоса минерализованных вод, — раз
в месяц.
3.	Проведение наблюдений за восстановлением уровня при оста-
новке эксплуатационных скважин. Эти наблюдения проводятся для
уточнения расчетных параметров.
В результате анализа многолетней работы водозабора уточняются
режим подземных вод на участке, граничные условия и проводится
определение основных гидрогеологических параметров. Параметры
определяются также по данным наблюдений за восстановлением уровня
при остановке эксплуатационных скважин. Методика определения
параметров по данным о восстановлении уровня изложена в главе VIII.
Здесь только отметим, что по данным таких опытов целесообразно опре-
делять коэффициенты водопроводимости. Коэффициенты пьезопровод-
ности и уровнепроводности следует определять по данным многолетней
эксплуатации водозабора.
При определении параметров по данным многолетней эксплуатации
водозабора наиболее часто на практике встречаются следующие два
случая:
1)	водозабор состоит из более или менее значительного количества
скважин, довольно сосредоточенно распределенных по площади в виде
площадных, кольцевых или линейных систем. Как правило, дебит от-
дельных скважин не замеряется, а^известен только суммарный дебит
водозабора;
2)	водозабор состоит из нескольких скважин, разбросанных по
площади, причем имеются данные по дебитам отдельных скважин.
В первом случае для определения параметров реальные скважины
заменяются одним укрупненным водозабором, так называемым «боль-
шим колодцем». Радиус этого колодца определяется в зависимости от
системы расположения скважин по формулам:
/?о~О,1р — для площадной системы,	(IX, 1)
/?о~О,2/—для линейной системы,	(IX, 2)
133
где /?о — радиус «большого колодца»;
р — параметр действительной площади расположения скважин при
площадной системе;
I — длина ряда скважин при линейной системе.
Для кольцевой системы радиус равен истинному радиусу кольца,
по которому расположены скважины.
Далее составляется график изменения суммарного дебита водоза-
бора от времени, причем изменение дебита следует схематично пред-
ставить в виде ступенчатого графика. На этом же графике показывается
ход изменения понижения во времени.
Определение параметров проводится по методике, изложенной
в главе VIII для откачки с изменяющимся дебитом. Коэффициенты
водопроводимости и пьезопроводности определяются по формулам
(VIII, 20) и (VIII, 21). В формуле (VIII, 21) под г подразумевается:
1) если определение проводилось по скважине, расположенной
внутри «большого колодца», — радиус большого колодца (/?о). Пони-
жение в этом случае должно отсчитываться от статического уровня до
восстановившегося уровня при остановке скважины, по которой прово-
дится определение;
2) если определение проводилось по наблюдательной скважине,
расположенной за границами колодца, — расстояние от центра колодца
до этой скважины.
Наиболее точно по этому методу рассчитываются параметры, если
наблюдательные скважины расположены от центра на расстоянии, пре-
вышающем 1,5 Ro-
Во втором случае, когда водозабор состоит из небольшого числа
рассредоточенных по площади скважин, определение параметров также
проводится графо-аналитическим методом путем составления графика
s=/(lg/np). Все расчеты выполняются так же, как и при групповой
откачке (см. главу VIII, формулы VIII, 32 и VIII, 33).
Приведенные выше зависимости справедливы для неограниченного
пласта. Так как исследуемые водозаборы могут работать продолжи-
тельное время, то на характере изменения уровня в некоторых случаях
может сказываться влияние границ пласта. В этих условиях график
s = f(lg/np) может отклоняться от прямой линии и для определения
параметров должна быть использована часть графика до точки откло-
нения. Таким образом, значение графика s = f(lgtnp) не исчерпывается
возможностью определения расчетных параметров. Этот график явля-
ется также своеобразным индикатором — показателем влияния гранич-
ных условий. Если на графике прямая линия выполаживается (откло-
няется к оси абсцисс), то можно говорить о влиянии дополнительного
питания (поверхностные водотоки, перетекание из ниже- и вышележа-
щих водоносных горизонтов). Наоборот, если темп изменения пониже-
ния увеличивается (прямая отклоняется к оси ординат), можно сделать
вывод о влиянии непроницаемых границ.
В некоторых случаях, когда водозаборы работают продолжительное
время, а влияние границ пластов довольно быстро сказывается на вели-
чинах понижения уровня, на графике s = f(lg^np) прямолинейный уча-
сток не выделяется. Тогда для определения параметров описанный
выше способ анализа многолетней эксплуатации водозабора неприме-
ним. Параметры в этих случаях следует определять аналитическим
путем, решая соответствующее-данным граничным условиям уравнение
динамики подземных вод. Таким же путем определяется коэффициент
водопроводимости при установившемся режиме подземных вод.
В тех случаях, когда ход изменения понижения уровня во времени
неизвестен, но имеются данные о коэффициентах водопроводимости во-
доносного горизонта и о величине понижения уровня от статического,
134
коэффициент пьезопроводности (уровнепроводности) может быть также
определен аналитическим путем, путем решения соответствующих дан-
ным граничным условиям уравнений движения подземных вод. Если
в рассматриваемых условиях происходило увеличение дебита, для про-
стоты расчетов целесообразно пользоваться величиной приведенного
времени, которое следует определять по формуле
S Qiti
<1Х’ 3>
где Qi —дебит водозабора на отрезке времени ti,
Qa — дебит скважины на последнем этапе эксплуатации.
Численный анализ формулы (IX, 3) показал, что она дает точность,
вполне достаточную для практических расчетов.
После этого расчет коэффициента пьезопроводности проводится
по формуле, описывающей работу скважины (водозабора) с постоян-
ным дебитом Qn в течение времени /пр.
Пример расчета. В неограниченном пласте работает водозабор,
состоящий из 12 скважин, эксплуатирующих напорные воды. Приведен-
ный радиус водозабора /?о = 47О м. Водозабор работал в течение 12 лет,
причем первые четыре года дебит составлял 5000 мР/сутки, последую-
щие 5 лет—12 000 м21сутки, а последующие 3 года — 18 000 м21сутки.
Понижение уровня в наблюдательной скважине, расположенной
в центре водозабора, к концу 12-го года составило 27 м. Средний коэф-
фициент водопроводимости, определенный по данным первичных отка-
чек, составил 500 м2]сутки. Требуется определить коэффициент пьезо-
проводности.
Имеются следующие данные:
Qi= 5000 м3/сутки,	Л =4 года,
Qz= 12 000 м'Усутки,	/2=5 лет,
<2з=18 000 м3!сутки, <3=3 года,
/?о= 470 м,	km=500 м2/сутки.
5 — 27 м.
Для определения коэффициента пьезопроводности предварительно
по формуле (IX, 3) рассчитаем приведенное время:
,	5000-4 + 12 000-5 + 18 000-3	осоп
/‘яр =-------22—Г8000---------------= 7,45 года = 2620 суток
Коэффициент уровнепроводности определяем из формулы, характе-
ризующей работу скважины в неограниченном пласте с постоянным
дебитом, подставляя в эту формулу /Пр = 2620 суток, Q3= 18000 м^/сутки
п /?о = 47О м\
Q . 2,25я<
S= . J,  1п ’	 .
Rq2
Из этой формулы:
1п«- _	+ 2 In/?0 - In 2,25 - In Л	(IX, 4)
]nfl = 12,5?'У7 42In470-In2,25-In2620= 13,15, а=5-105 м^сутки.
Io UvU
135
После определения параметров нужно сделать прогноз о возмож-
ности увеличения дебита действующего водозабора или необходимости
сокращения современного дебита.
Решение этих задач необходимо проводить в следующем порядке.
1.	Определить, может ли водозабор работать с существующим
дебитом в течение всего срока эксплуатации, а если нет, то определить
время работы водозабора с этим дебитом до достижения допустимого
понижения.
2.	В том случае, если в конце расчетного срока эксплуатации пони-
жение уровня будет меньше допустимого, дать прогноз о возможном
увеличении дебита водозабора. При этом необходимо провести несколько
расчетов, каждый раз задаваясь дебитом водозабора и определяя вели-
чину понижения уровня. Максимальным дебитом водозабора следует
считать тот, который соответствует предельно допустимому понижению
уровня.
3.	Если расчет при условии сохранения существующего дебита пока-
зал, что в процессе эксплуатации понижение уровня будет превосходить
допустимое, следует определить, насколько должен быть уменьшен
дебит исследуемого водозабора. Как и в предыдущем случае, необхо-
димо сделать несколько расчетов, задаваясь различными дебитами и
определяя величину понижения.
Все указанные выше расчеты производятся по формулам гидро-
динамики, приведенным в предыдущих главах, в зависимости от гра-
ничных условий, схемы водозабора и гидравлического характера водо-
носного горизонта. Как и при определении коэффициента пьезопровод-
ности, целесообразно для упрощения расчетов использовать приведенное
время.
Подобные расчеты при ориентировочных значениях параметрон
следует проводить в самом начале изучения работы действующего
водозабора. Это нужно делать для того, чтобы иметь представление
о порядке величины возможного водоотбора на действующем водоза-
боре и в случае необходимости своевременно организовать поиски
новых участков. Как уже говорилось, новые участки следует распола-
гать с учетом взаимовлияния проектируемого и действующего водо-
заборов.
Приведем прогноз возможности увеличения дебита водозабора по
данным, полученным в предыдущем примере, если известно, что вели-
чина допустимого .понижения составляет 45 м. Требуется определить,
насколько может быть увеличен дебит водозабора при эксплуатации
его еще в течение 15 лет (через 15 лет предполагается использовать
воды поверхностных источников).
Коэффициент пьезопроводности, определенный по данным эксплуа-
тации, равен 5-Ю5 м2!сутк.и.
Прежде всего определяем понижение уровня в центре водозабора,
при условии, если в течение последующих 15 лет сохранится дебит
18 000 м?]сутк.и. Для этого по формуле (IX, 3) рассчитаем значение при-
веденного времени, принимая /3 равным 18 годам (/З = 3+15= 18):
.	5000-4 + 12 000-5 + 18 000-18	„„
=------------18000----------^23 Г0Да'
Определяем понижение:
18 000 .	2,25-5-10->-23-365 Qn Q ,
S = Т2Ж500 1П ------4Ж------= 29’2 М 
Так как рассчитанное понижение оказалось меньше допустимого
(45 м), можно поставить вопрос об увеличении дебита водозабора.
136
Принимаем дебит водозабора в течение последующих 15 лет равным
Q = 27 000 м3] сутки. Расчет также проводим по приведенному времени:
,	5000-4+ 12000-5+ 18000-3 + 27 000-15
4р=----------------27 000-----------~20 Лет-
Понижение рассчитываем по формуле (IV, 6) (при «дОп=45 ж):
27 000 , 2,25-5-105-20-365	..
S = 12,56-5001П------47№--------= 44 м •
Таким образом, мы установили, что дебит водозабора может быть
увеличен с 18 000 до 27 000 м31сутки при дальнейшем сроке эксплуата-
ции, равном 15 годам.
Глава X
МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ
ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ВИДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Моделирование достаточно давно применяется при гидрогео-
логических расчетах, в частности при исследовании фильтрации в рай-
оне гидротехнических сооружений и подпора от водохранилищ. В на-
стоящее время методы моделирования получают все большее признание
и практическое применение при решении различных задач гидрогеоло-
гических исследований. Для оценки эксплуатационных запасов подзем-
ных вод они применяются сравнительно недавно.
Преимущества методов моделирования перед аналитическими
расчетами проявляются при оценке эксплуатационных запасов подзем-
ных вод в сложных гидрогеологических условиях, когда с помощью
аналитических зависимостей не удается найти решений, которые
в достаточной мере учитывали бы основные особенности рассматривае-
мого явления.
Аналитические методы требуют серьезных упрощений в постановке
задачи. Схематизируются контуры границ пласта; неоднородное его
строение обычно приводится к однородному; условия питания и раз-
грузки принимаются неизменными во времени или изменяющимися по
линейному закону; слабо проницаемые породы как на боковых грани-
цах пласта, так и в его кровле или подошве обычно заменяют водо-
упорными и, наоборот, границы с относительно хорошо проницаемыми
породами принимаются за контуры питания. Имеющиеся аналитические
решения с учетом неоднородности пород в плане и разрезе относятся
лишь к отдельным простейшим схемам фильтрации.
Упрощение природных условий чаще всего выполняют так, чтобы
получить определенный «запас прочности» в расчетах. Однако количест-
венную оценку этого «запаса» аналитическим путем не всегда удается
получить. В этом отношении моделирование дает возможность оценить
этот «запас», учесть с необходимой полнотой сложные контуры внешних
и внутренних границ пласта, неоднородность его строения, резкие изме-
нения мощностидюрод и гидравлического состояния пласта, разнообраз-
ные условия питания и разгрузки.
Известно, что обоснованность гидрогеологических прогнозов опре-
деляется степенью достоверности исходных параметров, а также
соответствием принятых граничных условий природной обстановке.
В настоящее время гидрогеологические параметры чаще всего опре-
деляются либо непосредственно, по данным полноценных опытно-
фильтрационных работ, выполненных на отдельных участках и в окру-
жающем районе, и путем решения обратной задачи по данным доста-
точно длительных кустовых, групповых и опытно-производственных
откачек.
138
Первый подход имеет основное значение при моделировании гидро-
геологических условий достаточно крупных территорий на базе
обобщения материалов геологической и гидрогеологической съемки,
выполненных буровых и опытно-фильтрационных работ, анализа
результатов работы водопонизительных систем, водозаборов и др. Все
эти материалы обрабатываются с применением аналитических методов,
а также моделирования на отдельных участках с целью определения
коэффициентов водопроводимости пород и коэффициентов пьезопро-
водности водоносных пластов на отдельных участках.
Полученные результаты распространяются на регион с учетом
литолого-фациального строения водоносных толщ пород, а также струк-
турных и гидрогеологических особенностей рассматриваемого района.
Опыт показывает, что охарактеризованный подход дает положительные
результаты при наличии достаточной изученности района работ, в соот-
ветствии с масштабом составляемых прогнозных карт. Одним из кри-
териев оценки достоверности принятых параметров может явиться
соответствие построенной на модели карты гидроизогипс условиям
в натуре.
Второй подход применим на локальных участках при условии,
когда границы между отдельными литологическими разностями и гра-
ничные условия для рассматриваемого района в достаточной мере
выявлены, а число неизвестных сравнительно невелико. Базируясь на
данных достаточно длительных групповых или опытно-производствен-
ных откачек, осуществляется подбор гидрогеологических параметров и
оценка достоверности их по картам гидроизогипс на отдельные периоды
времени. При большом числе неизвестных параметров осуществить
однозначный подбор их практически затруднительно, и решение задачи
оказывается неопределенным. Следует заметить, что методика решения
обратных задач в настоящее время еще мало разработана. После того
как параметры приняты, строится модель с намечаемым расположением
водозаборов и дается прогноз развития депрессии при заданном дебите
водозабора. При этом имеется возможность промоделировать различные
варианты расположения водозаборов на данной территории и найти
оптимальные условия их работы.
В сложной гидрогеологической обстановке при схематизации гидро-
геологических условий можно в случае необходимости задать несколько
вариантов граничных условий и принять в качестве окончательного
варианта тот, который дает надлежащий запас в расчете.
Путем моделирования имеется возможность прогнозировать пере-
мещение контура некондиционных (соленых или загрязненных) вод и
качество отбираемой воды при эксплуатации водозабора в сложных
гидрогеологических условиях, для которых аналитические методы
неприменимы.
Моделирование может с успехом применяться в процессе предва-
рительной и детальной разведки с целью более целеустремленного веде-
ния разведочных гидрогеологических работ. Это- достигается тем, что,
используя для моделирования имеющиеся данные разведки, можно
оценить влияние на работу водозабора особенностей геологического
и гидрогеологического строения водоносного пласта и граничных усло-
вий и, таким образом, решить, насколько достаточны имеющиеся дан-
ные для решения поставленных задач.
По данным предварительной разведки можно: 1) изучить законо-
мерности изменения фильтрационных свойств пород путем построения
уже на этой стадии разведки предварительной карты водопроводи-
мости; 2) установить степень влияния тектонических нарушений и их
гидрогеологическое значение (дренирующие разломы, непроницаемые
контакты) для прогноза; 3) предварительно количественно изучить
139
глубинное перетекание воды из одного водоносного горизонта в другой
в естественных условиях, после чего, воспроизводя на машине естест-
венные условия перетекания, можно при известных параметрах основного
горизонта определить параметры разделяющего слоя; 4) уточнить мето-
дику ведения и обработки длительных кустовых, групповых, опытно-
эксплуатационных откачек, проектируемых на стадии детальных иссле-
дований путем воспроизведения их на машине.
• Полученные материалы позволяют дать обоснование числу и распо-
ложению скважин в кусте, их расстоянию от границ пласта, тектониче-
ских зон и т. п.
Исходя из допустимых погрешностей в гидрогеологических прогно-
зах, методами моделирования можно оценить; 1) влияние изменения
местоположения той или иной границы пласта на величину погрешности
в прогнозах; это позволяет решать, с какой степенью точности должна
быть установлена та или иная граница водоносного пласта в процессе
детальной разведки, и 2) влияние погрешности при определении филь-
трационных свойств водоносных пород на отдельных участках района
со сложными гидрогеологическими условиями на точность прогнозов;
это позволяет судить о степени детальности гидрогеологических работ на
отдельных участках района работ на завершающей стадии исследований.
Такие вопросы, но при другой обоснованности фактическим мате-
риалом, изучаются и на стадии детальных исследований при обоснова-
нии оценки эксплуатационных запасов подземных вод. При этом значи-
тельное внимание уделяется оценке влияния различных факторов на
точность прогнозных расчетов.
Полнота исследования и экономическая эффективность решения
перечисленных задач увеличатся, если совместно применять аналоговые
и электронно-вычислительные машины.
В настоящее время моделирование подразделяется на два класса:
1) физическое и 2) математическое.
При физическом моделировании сохраняется физическая природа
изучаемого процесса, по соответственно в определенном масштабе изме-
няются геометрические размеры исследуемой области, количественные
значения напоров, скоростей фильтрации и т. п. К моделям, работающим
на принципе физического подобия, относятся фильтрационные лотки.
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод лотки почти не
используются.
При математическом моделировании физический процесс на
модели непосредственно не осуществляется, а воспроизводится анало-
гичный процесс, выражающийся той же системой дифференциальных
уравнений, что и изучаемый. При этом выполняется численное решение
дифференциальных уравнений при определенных граничных и началь-
ных условиях. Такими моделями являются математические машины,
широко используемые при составлении различных прогнозов, в част-
ности при оценке запасов подземных вод. При этом обычно рассматри-
ваемые задачи сводятся к двумерным в плане, так как в большинстве
случаев вертикальной составляющей потока можно пренебречь в силу
того, что мощность пласта несравненно меньше, чем его протяженность.
Решение дифференциальных уравнений движения подземных вод
методом моделирования требует знания определенных данных (условия
однозначности), в которые входят:
1)	геометрические размеры области фильтрации или форма внеш-
них и внутренних контуров пласта;
2)	физические параметры пласта и воды;
3)	граничные условия, т. е. законы изменения напоров или расхо-
дов на границах потока.
При этом различают:
140
1) граничные условия первого рода, представляющие собой извест-
ный закон изменения напоров на границах пласта * (уровней воды
в реках, озерах и т. п.):
(X. 1)
где Хо, у0 — текущие координаты границы.
2)
нения
В
ница)
граничные условия второго рода, представляющие закон изме-
расходов на границах пласта:
(X, 2)
частности, расход может быть равен нулю (непроницаемая гра-

(X, 3)
___	=0
дп (А. Уо)
или может быть постоянным во времени (условия на водозаборной
скважине)
~ л . дН
<&кв=2*Ьтг-^
— const;
(X, 4)
3) граничные условия третьего рода являются линейной комбина-
цией условий первого и второго рода. Например, на границе сочленения
зоны заиления и кольматации в реке и основного водоносного горизонта
граничное условие будет иметь вид
kl-^L
л т
, дН
i дп
(X, 5)
где k.j, k2 — коэффициенты фильтрации соответственно заиленного слоя
и основного водоносного горизонта;
т—'Мощность зоны заиления;
Н\ — напор в реке;
Н — изменяющийся напор на границе.
Уравнение (X, 5) выражает равенство расходов воды через заколь-
матированный слой и границу сочленения зоны кольматации и основ-
ного горизонта. Более полная характеристика граничных условий дана
в главе II;
Начальные условия характеризуют распределение напоров в пласте
в начальный момент времени, т. е. до начала работы водозаборных
скважин:
^о=Жу).	(X, 6)
Целесообразно в зависимости от методов решения на машине диф-
ференциальных уравнений подразделить машины на следующие типы:
1) машины непрерывного действия — разнообразные аналоговые
устройства;
2) машины дискретного действия — быстродействующие электрон-
но-вычислительные цифровые машины (ЭВМ).
В свою очередь аналоговые устройства подразделяются на два
класса:
1) машины-аналоги, работающие на сплошных проводящих средах
(приборы ЭГДА). Применяются в основном для решения задач устано-
вившейся фильтрации. В последнее время появились приборы ЭГДА,
позволяющие решать задачи в условиях неустановившегося движения;
2) машины-аналоги, работающие на принципе сеток (интеграторы).
Сеточные аналоговые машины делятся на два вида:
В частности, напор может быть постоянным во времени.
141
а)	дискретные машины с дискретизацией исследуемой функции
по координатам пространства и времени (электроинтеграторы
типа ЭИ-12). Предназначены для решения задач установившегося дви-
жения. Применяются для моделирования неустановившейся фильтрации
по методу Либмана;
б)	непрерывно-дискретные машины с непрерывным изменением
функции во времени, но с дискретным изменением функции по коорди-
натам пространства (электрические и гидравлические интегралы типа
УСМ, МСМ, ИГЛ).
Вычислительные электронные цифровые машины являются быстро-
действующими счетными устройствами. В их отдельных элементах
осуществляются дискретные математические действия (сложение, вычи-
тание, умножение и т. п.), а также логические операции. В результате
соединения в определенной последовательности отдельных элементов
машины можно получить решение дифференциальных уравнений филь-
трации. Цифровая машина может рассматриваться как математическая
модель процесса фильтрации, если она работает по определенной про-
грамме и на выходе дает значения пьезометрических напоров в любой
заданной точке области фильтрации в любой выбранный момент
времени.
В аналоговых машинах непрерывный процесс фильтрации заменя-
ется аналогичным ему процессом протекания электрического тока (при-
боры ЭГДА, электроинтеграторы) или процессом протекания воды
(гидравлические интеграторы) через соответствующие элементы
машины.
В аналоговой машине, работающей на сплошной среде, процесс
фильтрации, непрерывный во всей области распространения водонос-
ного горизонта, заменяется другим, аналогичным ему непрерывным
процессом, например движением электрического тока в проводнике.
В аналоговых сеточных машинах протекающие в них процессы
являются дискретными, т. е. не сплошными. При использовании этих
машин к ним может быть проявлено два подхода. С одной стороны, эти
устройства могут рассматриваться как аналоговые машины, на основа-
нии аналогии между явлениями фильтрации и процессами, протекаю-
щими в приборах. Например, в электрической сеточной машине имеет
место аналогия между фильтрацией воды в породе и движением элек-
трического тока в машине. Гидроинтегратор основан на аналогии между
фильтрацией жидкости в породе и движением воды в трубках прибора.
С другой стороны, эти машины рассматриваются как интеграторы, пред-
назначенные для приближенного решения соответствующего дифферен-
циального уравнения.
При первом подходе к сеточным машинам непрерывный фильтра-
ционный поток разбивается на элементы, которые в машине замеща-
ются сосредоточенными элементами при соблюдении определенных мас-
штабных соотношений. Например, фильтрационные сопротивления
элементов потока в натуре замещаются электрическими сопротивле-
ниями, сосредоточенными в узлах электрической модели, или гидравли-
ческими сопротивлениями в трубках, образующих узлы гидравлического
интегратора. Емкость породы в отдельных элементах, на которые
разбит фильтрационный поток, замещается в определенных типах элек-
троинтеграторов электрической емкостью, а в некоторых устройствах
соответствующим образом подобранным электрическим сопротивле-
нием. В гидроинтеграторе этому соответствует емкость сосудов, присое-
диненных к узлам прибора.
В настоящее время наиболее интенсивно к решению задач оценки
эксплуатационных запасов подземных вод привлекаются аналоговые
сеточные машины. Известную перспективу для решения гидрогеологи-
ческих задач имеют цифровые вычислительные машины, но пока область
142
их применения для решения гидрогеологических задач весьма ограни-
ченна.
Цифровые вычислительные машины являются более мощными, чем
аналоговые устройства, так как обладают очень высокой скоростью
счета, способны накапливать информацию для дальнейших исследова-
ний и точность решения на них достигает 10-6%. Но при составлении
инженерных прогнозов для сложной природной обстановки резко ус-
ложняется процесс составления программ, и необходимо, чтобы решае-
мая задача имела четкую математическую формулировку в виде си-
стемы уравнений.
Аналоговые устройства более просты в эксплуатации, позволяют
в процессе решения задачи следить за всеми изменениями изучаемого
процесса, несложно вносить поправки в параметры, граничные и
начальные условия, непосредственно видеть влияние этих поправок на
решение задачи и при этом обеспечивают достаточно высокие скорости
счета (миллисекунды, секунды для электроинтеграторов). Точность
решения з'адач— до 1—5%. Моделирование на аналоговых машинах
не требует знания точных математических формулировок в виде систем
уравнений, описывающих изучаемый процесс.
Гидравлические интеграторы уступают электрическим в скорости
решения (часы) и количестве точек, аппроксимирующих исследуемую
область. Однако они обеспечивают большую, чем в случае электричес-
ких интерграторов, наглядность при решении задачи, возможность
изменения напора во времени, обладают значительными диапазонами
и гибкостью в наборе величин сопротивлений и емкостей, легко поз-
воляют осуществлять подключение дополнительных сопротивлений и
емкостей и несложно исследовать процессы, сопровождающиеся изме-
нением фазового состояния вещества, в частности процессы фильт-
рации перегретых или переохлажденных вод и т. п. Эти задачи пока
на электрических интеграторах не решаются, но, по-видимому, в буду-
щем все-таки гидравлические интеграторы уступят место электрическим.
Комбинированное применение аналоговых машин и ЭВМ — перспектив-
ное направление будущего.
Подробно аналоговые устройства и методы моделирования описаны
в ряде работ: Крылов, Белаш и др., 1962; Николаев, Козлов и др., 1962;
Волынский, Бухман, 1960; Карплюс, 1962; Гутенмахер и др., 1953;
Вевиоровская, Кравченко и др., 1962; Томович, Карплюс, 1964 и др.
Достаточно полно методы моделирования в связи с решением гидрогео-
логических задач освещены в работе Ф. М. Бочевера, И. В. Гармонова,
А. В. Лебедева, В. М. Шестакова (1965).
В сравнительно простых гидрогеологических условиях, для которых
известнц надежные аналитические решения, оценка эксплуатационных
запасов может с успехом осуществляться на базе аналитических мето-
дов расчета. Очевидно, что по мере развития последних область практи-
ческого их использования будет возрастать.
Глава XI
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ЗОН САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Важнейшими мероприятиями, предупреждающими загрязне-
ние вод в районе водозаборов, является создание вокруг них зон сани-
тарной охраны.
В соответствии с Инструкцией по установлению зон санитарной
охраны хозяйственно-питьевых водопроводов с подземными источни-
ками водоснабжения, утвержденной Всесоюзной государственной сани-
тарной инспекцией СССР (ВГСА) в 1956 г., предусматривается созда-
ние двух поясов санитарной охраны водозаборов: первого пояса — зоны
строгого режима, второго пояса — зоны ограничений.
Зона строгого режима включает участок вокруг водозабора ра-
диусом не менее 30 м при эксплуатации артезианских вод и не менее
50 м — при эксплуатации грунтовых вод. Это зона отчуждается, ограж-
дается и обеспечивается охраной.
Зона ограничений, или собственно зона санитарной охраны, ох-
ватывает территорию, использование которой ограничивается в целях
предохранения эксплуатируемого водоносного горизонта от загрязнения.
Второй пояс санитарной охраны, его размеры и конфигурация в
плане определяются прежде всего гидрогеологическими условиями
района водозабора, а также типом самого водозабора. На крупных во-
дозаборах постоянного централизованного хозяйственно-питьевого водо-
снабжения, в условиях возможного химического загрязнения подземных
вод разного рода соединениями тяжелых металлов (арсенидов, циани-
дов) и органических веществ (пекаль, фенолы, нафтеновые кислоты
и др.), которые могут оставаться в подземных водах неопределенно
долги!)/ срок, размеры второго пояса санитарной охраны должны быть
такими, чтобы частицы загрязненной жидкости, попавшие в эксплуа-
тируемый водоносный горизонт за границами этого пояса, никогда не
могли достигнуть района водозабора.
Для выполнения этого требования граница второго пояса санитар-
ной охраны должна проходить по так называемой нейтральной линии
тока, ограничивающей в фильтрационном поясе данного водозабора
область питания (или «область захвата») этого водозабора.
На водозаборах, рассчитанных на ограниченный срок эксплуатации,
равный, например, амортизационному сроку работы водозабора в усло-
виях возможного химического загрязнения, которое может оставаться
в растворе неопределенно долгий срок, зона санитарной охраны должна
быть такой, чтобы время движения загрязненной воды от ее границы
до водозабора было заведомо больше проектируемого срока работы
водозабора.
Аналогичное требование предъявляется к зонам санитарной охраны
водозаборов любого назначения и масштаба при угрозе бактериального
144
загрязнения. В данном случае граница зоны должна проходить на
таком расстоянии от водозабора, чтобы время движения частицы за-
грязненной жидкости от этой границы до водозабора было больше
срока выживания вредных бактерий в условиях подземного потока.
При выделении зон санитарной охраны необходимо определить
характер фильтрационного поля водозабора, т. е. построить гидродина-
мическую сетку фильтрационного течения. Характер фильтрационного
поля определяется гидрогеологическими условиями в районе водо-
забора, а также видом и производительностью самого водозабора (чис-
ло, взаиморасположение и дебит водозаборных скважин). Под гидро-
геологическими условиями в этом случае понимаются граничные усло-
вия эксплуатируемого горизонта (условия питания и дренирования,
а также условия связи с другими водоносными горизонтами и поверх-
ностными зонами), его водопроницаемость, мощность и активная
пористость, изменения этих параметров в плане и по разрезу.
Граничные условия водоносных пластов определяют формирование
фильтрационного поля водозабора и траектории линий тока в нем.
Основные типы граничных условий рассмотрены в главе II.
Разнообразие граничных условий, а также невыдержанность гидро-
геологических параметров по площади весьма усложняют задачу по-
строения гидродинамической сетки фильтрационного течения. Большие
затруднения возникают также в связи с неразработанностью методов
построения гидродинамической сетки движения для сложных гранич-
ных условий. Поэтому для нахождения границ искомой зоны санитар-
ной охраны в большинстве случаев приходится прибегать к известной
схематизации природной обстановки.
Наибольшее приближение к реальной природной обстановке дает
метод моделирования, позволяющий получить близкие к реально воз-
можным линии тока в фильтрационном поле данного водозабора, если,
конечно, гидрогеологические условия в районе водозабора хорошо
известны и могут быть достаточно верно замоделированы.
Несколько большее искажение дает графо-аналитический метод,
заключающийся в наложении фильтрационного поля, созданного рабо-
той водозабора, на естественный поток, заданный картой изогипс
(или изопьез). Понижения уровня, вызванные водозабором, опреде-
ляются аналитическими расчетами по соответствующим формулам. При
этом обычно принимается допущение, что водопроницаемость и мощ-
ность водоносного горизонта не изменяются по площади.
Границы второго пояса санитарной охраны по гидродинамической
сетке устанавливаются или непосредственно по нейтральной линии тока
(в случае, если поступление загрязнений в районе водозабора должно
быть полностью исключено), или в зависимости от заданного допусти-
мого времени продвижения загрязненных растворов к водозабору,
одинакового по всем линиям тока. В последнем случае на каждой
линии тока, суммируя время продвижения частиц жидкости вдоль
отрезков линии тока, между соседними гидроизогипсами приближенно
находится точка, время движения от которой до водозабора по данной
линии тока будет равно заданному. Линия, соединяющая все получен-
ные таким образом точки на различных линиях тока, и будет искомой
границей зоны.
Подробно графо-аналитический метод выделения зон санитарной
охраны рассматривается в работах В. И. Владимирского (1962 г., 1963 г.).
Методы моделирования на аналоговых машинах и графо-аналити-
ческий являются зачастую весьма трудоемкими и сложными, особенно
если зона санитарной охраны рассчитывается на определенный срок.
Поэтому они должны лишь применяться или для сложных гидрогео-
логических условий (метод моделирования), приведение которых к
простейшим схемам может дать большие ошибки, или при водозаборе,
10 Зак. 627	145
состоящем из разнодебитных и хаотично расположенных скважин
(методы моделирования и графо-аналитический). Для сравнительно
простых гидрогеологических условий и некоторых видов водозаборов
разработаны более простые и удобные гидродинамические методы рас-
чета зон санитарной охраны, позволяющие быстро и с достаточной
обоснованностью установить положение искомой границы зоны (Мин-
кин, 1966).
Геологические организации, проводящие детальную разведку под-
земных вод и представляющие разведанные запасы на утверждение в
ГКЗ, должны в соответствии с инструкцией ГКЗ (1962) представить
рекомендации по установлению зон санитарной охраны применительно
к схеме расчетного водозабора с тем, чтобы органы санитарной службы,
обследовав выделенную зону ограничений, могли обоснованно судить
о том, удовлетворяет ли она предъявляемым к ней требованиям. При
этом, как правило, специальных исследований проводить не требуется.
Для выделения зон санитарной охраны в этих условиях достаточно
использовать материалы проводившихся ранее гидрогеологических
съемок и материалы разведочных работ.
Если в процессе разведочных работ будет обнаружен очаг загряз-
нения подземных вод или будут выявлены участки распространения
минерализованных вод и не удастся перенести разведуемый водозабор
на другое, безопасное с точки зрения сохранения качества отбираемой
воды место, то чаще всего требуется проведение дополнительных
специальных исследований по уточнению границ распространения мине-
рализованных вод, а также по выявлению характера и масштабов оча-
га загрязнения, условий его образования и распространения. Эти сведе-
ния необходимы для такого размещения проектируемого водозабора,
чтобы около него можно было организовать зону санитарной охраны,
удовлетворяющую предъявляемым к ней требованиям.
Таким образом, во всех случаях, при наличии очага загрязнения в
подземных водах, в районе проектируемого водозабора и при его
отсутствии — около водозабора требуется выделить зону санитарной
охраны. Все необходимые для этого расчеты и выделение зоны санитар-
ной охраны, а также результаты проведенных специальных исследова-
ний по изучению масштаба и характера источников и очагов загрязне-
ния подземных вод, если они будут обнаружены, приводятся в отдель-
ном разделе представляемого отчета по детальной разведке подземных
вод. К этому разделу прилагается схема разведанного водозабора с
границами рассчитанной зоны санитарной охраны с участками распрост-
ранения минерализованных вод или с контурами обнаруженных очагов
загрязнения подземных вод и возможных источников такого загрязнения,
а также прилагаются разрезы, графики и таблицы, иллюстрирующие
состав загрязненных вод, изменения этого состава в период наблюде-
ний и распределение загрязнения в плане и по глубине.
Выделение зон санитарной охраны будет обоснованным, а сама
зона будет отвечать своему назначению только в том случае, если при
проектировании зоны будут достаточно хорошо известны гидрогеоло-
гические условия территории, в пределах которой эта зона будет уста-
новлена. Прежде всего должны быть выяснены условия защищенности
намечаемого к эксплуатации водоносного горизонта от загрязнения.
Чтобы судить о степени защищенности водоносного горизонта от загряз-
нения, нужно ясно представить характер возможного загрязнения, его
источники и возможные пути проникновения к подземным водам.
ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Все виды загрязнения подземных вод по их проявлению, послед-
ствиям и мерам борьбы можно разделить на четыре неравноценные
группы: бактериальное, химическое, механическое и радиоактивное.
146
Бактериальное загрязнение может вызвать и многократно уже
вызывало разного рода эпидемические заболевания. Проникновение и
распространение бактериального загрязнения лимитируется очищаю-
щими свойствами почв и горных пород, через которые фильтруются
загрязненные растворы. Масштабы загрязнения зависят от интенсив-
ности его поступления и от выживания бактерий в зоне аэрации и в под-
земных водах. Известно, что все анаэробные бактерии, к которым от-
носится и большинство патогенных бактерий, погибают в аэрируемой
среде, если они будут находиться в ней определенное непродолжитель-
ное время.
Опыты показывают, что слой хорошо аэрируемого мелкозернистого
песка мощностью 3 м полностью очищает загрязненные воды от бакте-
рий — они погибают или сорбируются породой. В последнем случае их
жизнедеятельность подавляется. Если живые патогенные бактерии тем
или иным путем попадают к подземным водным бактериям, то они могут
находиться в них довольно долгое время, двигаясь с грунтовым потоком.
Однако до настоящего времени нет достаточно убедительных данных о
времени выживания бактерий в подземных водах. Следует отметить,
что получение таких данных весьма затруднительно, так как в подзем-
ных водах различного состава и температуры время это будет различ-
ным. По одним опытам оно равно одному месяцу, по другим — дости-
гает двух лет и более.
Наиболее часто встречаются случаи химического загрязнения под-
земных вод. Это. загрязнение является в большинстве случаев самым
серьезным и трудноустранимым.
Химическое загрязнение может быть органическим и неорганиче-
ским. При этом как первое, так и второе может быть токсичным и
нетоксичным.
Токсичное химическое загрязнение может вызвать отравление насе-
ления, пользующегося подземными водами, разного рода соединениями
тяжелых металлов, арсенидов, цианидов и т. д., содержащимися в
сточных водах.
Нетоксичное химическое загрязнение выражается в повышении со-
держания отдельных уже имеющихся в подземных водах компонентов
или в появлении новых соединений. Это приводит к такому ухудшению
органолептических свойств или состава подземных вод, что дальнейшее
их употребление для целей питьевого водоснабжения становится невоз-
можным или существенно ухудшает условия использования подземных
вод для хозяйственно-питьевых целей (увеличение жесткости, содержа-
ние железа и т. д.).
Химическое загрязнение, если оно не сорбируется водоносным пла-
стом и не вступает с ним во взаимодействие, может оставаться в подзем-
ных водах неопределенно долгий срок.
Механическое загрязнение встречается в подземных водах весьма
редко. Если водоносный пласт представлен песками, то механические
примеси отфильтровываются уже на первых метрах движения загряз-
ненных вод по водоносному пласту. В трещиноватых породах они рас-
пространяются несколько дольше, хотя и здесь быстро исчезают из
раствора. И только в сильно закарстованных массивах механическое
загрязнение может распространяться на большие расстояния. Следует
учитывать, что наличие механического загрязнения является показате-
лем возможного общего (химического и бактериального) загрязнения
подземных вод.
Радиоактивное загрязнение связано с работой атомных установок,
а также с районами разработки урановых и других месторождений,
где водоотлив, отвалы или хвостохранилища могут стать источниками
радиоактивного загрязнения. Значительная часть радиоактивных за-
10*	147
грязнений вследствие высокой сорбируемости почти не распространяется
по потоку, но некоторые из них находятся в растворе и перемещаются
с ним весьма продолжительное время.
ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ПУТИ ЕГО
ПРОНИКНОВЕНИЯ К ПОДЗЕМНЫМ ВОДАМ
Загрязняющие вещества попадают к подземным водам, как правило,
в виде водных растворов. Поэтому водоносные горизонты, перекрытые
водоупорными породами, естественно, лучше защищены от проникно-
вения к ним загрязненных растворов.
Источниками загрязнения грунтовых вод являются:
1)	разного рода участки скопления бытовых и промышленных
сточных вод (пруды-отстойники, пруды-накопители, шламовые пруды,
выгребные ямы, хвостохранилища, поля фильтрации, болота, озера и
др.), из которых загрязненные растворы попадают в грунтовые воды,
фильтруясь через стенки и дно хранилищ;
2)	разного рода участки скопления на поверхности твердых от-
ходов, особенно отходов химических производств (загрязненные терри-
тории промышленных предприятий, свалки, солеотвалы и т. д.), где
происходит загрязнение выпадающих атмосферных осадков и после-
дующая их фильтрация через зону аэрации на местах скопления отхо-
дов или в понижениях рельефа, куда стекают загрязненные поверхност-
ные воды;
3)	дефектная канализационная сеть, отводящая сточные воды
(разрушенТы или протекают трубы, отсутствует или разрушен водоупор-
ный экран в дне и стенках отводящих канав). Сточные воды фильт-
руются через зону аэрации;
4)	участки складирования и хранения нефтепродуктов, а также
сырья и готовой продукции химических производств, где происходит
загрязнение выпадающих атмосферных осадков и последующая их
фильтрация или фильтрация самих нефтепродуктов или других жидких
веществ из мест хранилищ непосредственно к грунтовым водам;
5)	участки самоизлива на дневную поверхность минерализованных
вод из глубоких скважин, где происходит фильтрация этих вод к грун-
товым;
6)	земледельческие поля, на которых широко применяются удоб-
рения и ядохимикаты, а также земледельческие поля орошения сточ-
ными водами;
7)	сточные воды, сбрасываемые в поглощающие скважины;
8)	нижележащие водоносные горизонты, содержащие минерализо-
ванные воды. Последние являются источником загрязнения только в
том случае, если они соединяются с горизонтом грунтовых вод через
затрубное пространство плохо оборудованных и незатампонированных
разведочных скважин или через корродированные (или оборванные)
трубы этих скважин, а пьезометрический их уровень выше, чем уровень
грунтовых вод.
Значительно меньше источников, вызывающих загрязнение арте-
зианских водоносных горизонтов. К ним относятся уже перечисленные
(пункты 7 и 8) источники, а также загрязненные грунтовые воды, если
водоупорная кровля артезианских горизонтов нарушена горными
выработками или если в ней имеются «гидрогеологические окна».
При эксплуатации водоносных горизонтов к названным возможным
источникам загрязнения прибавляются реки и водоемы, которые
гидравлически тесно связаны с эксплуатируемым водоносным горизон-
том и содержат загрязненные воды.
Следует отметить еще один источник загрязнения, который может
возникнуть в районе некоторых рудных месторождений, разрабатывае-
148
мых с водопонижением. При подъеме уровня подземных вод, вызванном
равного рода перебоями в работе водопонизительных систем, может
происходить загрязнение подземных вод в результате растворения лег-
корастворимых соединений, образовавшихся в ранее осушенной зоне.
Загрязненные растворы попадают в грунтовые воды разными
путями. Наиболее частый случай — инфильтрация через зону аэрации
или непосредственная фильтрация от источника загрязнения.
Часто путями проникновения загрязненных растворов к подземным
водам является затрубное пространство плохо оборудованных эксплуа-
тационных и разведочных скважин, расположенных вблизи возможных
источников загрязнения или утепленных на устье материалом, содер-
жащим загрязняющие вещества (шлак, навоз и т. д.).
ЗАЩИЩЕННОСТЬ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ВОДОНОСНЫХ
ГОРИЗОНТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И СВЯЗАННЫЕ
С НЕЙ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ КО ВТОРОМУ
ПОЯСУ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ВОДОЗАБОРОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
К факторам, определяющим защищенность водоносных горизонтов
от загрязнения, относятся литологический состав, строение и мощность
зоны аэрации, характер водоносного пласта и условия его связи с
поверхностными водами, а также мощность и выдержанность глини-
стых толщ, слагающих кровлю и подошву рассматриваемых водонос-
ных горизонтов. От литологического состава, строения и мощности зоны
аэрации зависит защищенность грунтовых вод главным образом от
бактериального загрязнения. Если зона аэрации сложена глинами,
суглинками или глинистыми песками мощностью свыше 3 ли не соз-
дается сплошного фильтрационного потока сверху, т. е. если эта зона
аэрируется, то можно не опасаться бактериального загрязнения грун-
товых вод. Если зона аэрации сложена трещиноватыми скальными и
полускальными породами и особенно если эти породы закарстованы,
поступление загрязнения к грунтовым водам существенно облегчается.
Химическое загрязнение может попадать к грунтовым водам и при
отсутствии сплошного фильтрационного потока через зону аэрации.
Глинистый состав зоны аэрации не является при этом гарантирован-
ным препятствием загрязнению.
Литологический состав и строение водоносного пласта определяют
масштабы распространения загрязнений после того, как они тем или
иным путем попадут в водоносный горизонт. Чем больше коэффициент
фильтрации пласта и чем меньше его активная пористость, тем дальше
при прочих равных условиях распространится загрязнение по пласту.
Наличие карстовых каналов может привести к тому, что даже
бактериальное загрязнение, время нахождения которого в подземных
водах является достаточно ограниченным (зависит от срока выживае-
мости бактерий), может распространиться на много километров от
источника загрязнения.
Условия связи водоносного горизонта с поверхностными водоемами
и водотоками характеризуют возможность попадания к подземным
водам загрязненных поверхностных вод. Определяющими при этом
являются: глубина вреза речных долин и водоемов по отношению к
водоносным горизонтам, экранированность их дна и бортов, мощность
аллювиальных отложений, их выдержанность и механический состав,
наличие или отсутствие выдержанных глинистых слоев, отделяющих
водоносный горизонт от поверхностных вод.
Характер и выдержанность глинистых толщ, разделяющих водонос-
ные горизонты, определяют условия перетекания подземных вод из
149
одного горизонта в другой и, в частности, перетекание загрязненных
грунтовых вод в нижележащие водоносные горизонты. Можно с
достаточной уверенностью считать, что перетекание загрязненных вод
возможно лишь при наличии «гидрогеологических окон» — размывов
или другого рода перерывов в разделяющей горизонт глинистой толще.
Наиболее защищенными являются глубокие артезианские и меж-
пластовые воды, изолированные сверху непроницаемой кровлей и имею-
щие области питания на достаточно большом удалении от района во-
дозабора.
В менее благоприятных условиях находятся артезианские водонос-
ные горизонты, соединяющиеся с грунтовыми водами или через «гидро-
геологические окна», или в районе речных долин, врез которых на-
ходится ниже кровли этих горизонтов. Здесь помимо возможного
поступления загрязненных грунтовых вод через «гидрогеологические
окна» и долины размыва существует еще большая угроза подсасывания
загрязненных поверхностных вод через толщу аллювия.
В наименее благоприятных условиях в отношении защищенности
находятся, как уже отмечалось выше, грунтовые воды. Действительно,
свыше 70% всех выявленных случаев загрязнения подземных вод
приходится на их долю.
Оценка степени защищенности водоносных горизонтов в районах
проектируемых водозаборов проводится по материалам гидрогеологи-
ческой и геологической съемок, как плановых, так и специальных, про-
водившихся на прилегающей к водозаборам территории, а также по
материалам разведки самих водозаборов. При этом должны быть полу-
чены сведения о мощности, строении и литологическом составе зоны
аэрации, их изменении по площади, выявлены участки, наиболее угро-
жаемые в отношении загрязнения. Целесообразно выяснить закономер-
ности в соотношениях пьезометрических уровней и химического состава
различных водоносных горизонтов на участках их совместного распро-
странения.
Снижение пьезометрических уровней эксплуатируемых артезиан-
ских водоносных горизонтов при наличии «гидрогеологических окон»
в их кровле или подошве может существенно уменьшить степень
защищенности последних от подтока минерализованных вод снизу и
особенно от подтока загрязненных грунтовых вод сверху, если их
уровень ранее был ниже уровня эксплуатируемого водоносного гори-
зонта. Необходимо выделить все участки древних и современных раз-
мывов в кровле артезианских водоносных горизонтов, через которые
возможна связь этих горизонтов с вышележащими грунтовыми или
поверхностными водами. Необходимо выяснить глубину врезов речных
долин и условия взаимосвязи водоносных горизонтов с подрусловыми
водами и водами в русле рек.
Наиболее надежным критерием для суждения о связи поверхност-
ных и подземных вод являются наблюдения за режимом уровня подзем-
ных вод в приречной зоне в естественных условиях и при откачках.
В последнем случае целесообразно иметь данные о режиме уровня под-
земных вод на противоположном берегу реки или в самом русле. Если
влияние откачки распространяется на эти участки — связь поверхност-
ных и подземных вод затруднена.
При обследовании санитарного состояния речных вод следует
иметь в виду, что в различное время года оно может быть различным.
В частности, в период половодья концентрация загрязняющих веществ
может быть во много раз меньше, чем ъ меженный период, вследствие
различной степени разбавления одного и того же количества стоков.
Поэтому необходимо иметь данные о санитарном состоянии вод в реке
не менее чем на три-четыре срока, в том числе обязательно в меженный
период летом и зимой. Кроме этого, следует учитывать и сезонный
150
характер сброса в реки сточных вод некоторых промышленных пред-
приятий.
Все перечисленные выше сведения, дающие представление о степени
защищенности водоносных горизонтов от загрязнения, позволяют обо-
снованно наметить те ограничения, которые должны соблюдаться в пре-
делах второго пояса санитарной охраны. Эти ограничения для различ-
ных гидрогеологических условий будут различными.
В пределах второго пояса санитарной охраны водозаборов, эксплуа-
тирующих грунтовые воды, нельзя допускать создание перечисленных
выше источников загрязнения, так как в противном случае загрязнен-
ные воды, попав тем или иным путем в грунтовый поток, обязательно
рано или поздно придут в район водозабора, если, конечно, при движе-
нии не будет происходить их самоочищение.
Запрещается проведение земляных работ с разрушением защитного
слоя водоносного горизонта и организация золоотвалов, полей филь-
трации. строительство промышленных предприятий, территория которых
может быть загрязнена, а также сброс сточных вод; ограничивается
использование удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве; регули-
руются все строительные работы; благоустраиваются существующие
населенные пункты; не допускается загрязнение водоемов и водотоков.
При организации второго пояса санитарной охраны водозаборов,
эксплуатирующих артезианские воды, в ряде случаев требования могут
быть менее строгими. Если есть уверенность, например, что повсюду
в пределах рассчитанной зоны санитарной охраны намечаемый к экс-
плуатации артезианский водоносный горизонт надежно изолирован от
грунтовых вод толщей водоупорных отложений, то в пределах этой
зоны нельзя лишь оставлять неликвидированными горные выработки
(скважины, шахты), нарушившие водоупорную кровлю горизонта,
а сама проходка этих выработок должна производиться со строгим
контролем за качеством изоляции проходимых выработкой водоносных
горизонтов.
Если же известно, что в водоупорной кровле горизонта имеются
«гидрогеологические окна» или в пределах рассчитанной зоны сани-
тарной охраны имеются заброшенные разведочные или эксплуатацион-
ные скважины, ликвидация которых по тем или иным причинам невоз-
можна, в пределах зоны должны выполняться те же ограничения, что и
при эксплуатации грунтовых вод.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ,
НЕОБХОДИМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЗОН
САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ВОДОЗАБОРОВ,
РАСПОЛАГАЮЩИХСЯ В РАЙОНАХ ВЫЯВЛЕННОГО
ИЛИ ВОЗМОЖНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В ряде случаев в районах, где производится разведка подземных
вод для организации водозаборов, обнаруживаются участки распро-
странения загрязненных или засоленных вод, контактирующие с наме-
чаемым к эксплуатации водоносным горизонтом. Иногда таких участков
еще нет, но имеются источники, которые могут вызвать загрязнение
этих подземных вод.
В таких условиях при проведении разведочных работ необходимы
дополнительные исследования, которые должны дать сведения о гра-
ницах распространения загрязненных или засоленных вод, распределе-
нии интенсивности загрязнения или минерализации в плане и по
разрезу. Должны быть получены также сведения о самом источнике
загрязнения, его масштабах, сезонном или постоянном действии, со-
ставе и объеме сточных вод, характере экранированное™ дна и стенок,
151
если это хранилище, количестве поступающих к подземным водам
загрязненных растворов и возможных путях их проникновения.
Конечно, не все из перечисленных сведений представится возможным
собрать на стадии детальной разведки водозабора. Поэтому при его
проектировании необходимо выбрать такое место заложения водоза-
бора, чтобы факторы, оставшиеся невыясненными, не могли оказать
влияния на возможность попадания загрязненных веществ в район
водозабора.
Для выяснения перечисленных выше вопросов, помимо обследова-
ний источников загрязнения, требуется организовать створы наблюда-
тельных скважин главным образом вниз по потоку от источников за-
грязнения. Проходка этих скважин обязательно должна сопровождаться
послойным опробованием подземных вод. На скважинах организовыва-
ются режимные наблюдения за распространением загрязнения и за
изменением состава загрязненных вод.
Должны быть собраны сведения о всех имеющихся в разведуемом
районе бездействующих или заброшенных и незатампонированных
эксплуатационных и разведочных скважинах, об имеющихся поглощаю-
щих скважинах. К специальным исследованиям, которые в ряде слу-
чаев требуется провести на разведуемом участке, относится опытное
определение эффективной пористости с использованием в качестве
индикатора загрязненных растворов того же состава, что и в очаге
загрязнения.
Часть вторая
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
В РАЗЛИЧНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЯХ ДЛЯ ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Глава XII
АРТЕЗИАНСКИЕ ВОДЫ БАССЕЙНОВ
ПЛАТФОРМЕННОГО ТИПА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
АРТЕЗИАНСКИХ ВОД БАССЕЙНОВ
ПЛАТФОРМЕННОГО ТИПА
Наиболее крупными артезианскими бассейнами платформ
на территории Советского Союза являются Западно-Сибирский, Москов-
ский, Днепровско-Донецкий и др. Артезианские бассейны платформ
содержат огромные естественные запасы пресных подземных вод,
которые используются для водоснабжения крупных городов и промыш-
ленных объектов. Крупные водозаборы в артезианских бассейнах, как
правило, работают при неустановившемся режиме; наблюдаемые пони-
жения в центральных частях воронок депрессий достигают нескольких
десятков метров (до 70—80), а радиусы влияния отдельных водозаборов
измеряются десятками километров (до 25—30 км). В настоящее время
на площади ряда артезианских бассейнов производятся большие поиско-
вые и разведочные работы для изыскания источников водоснабжения,
удовлетворяющих потребность в воде до 2—3 м^/сек.
Рассматриваемые в этой главе особенности гидрогеологических
условий артезианских бассейнов определяют методику поисков и раз-
ведки подземных вод для крупного водоснабжения.
Артезианские бассейны платформ представляют собой гидродина-
мические системы водоносных горизонтов и комплексов, выдержанных
на огромной площади, измеряемой сотнями тысяч квадратных километ-
ров. Как правило, в вертикальном разрезе выделяется несколько водо-
носных горизонтов, изолированных друг от друга более или менее непро-
ницаемыми толщами.
Для крупного водоснабжения используются так называемые ос-
новные водоносные горизонты, которые характеризуются оптимальными
показателями. Глубина залегания и величины напоров основных водо-
носных горизонтов обычно увеличиваются от краевых частей бассейнов
к центральным. В связи с тем, что напоры достигают значительных
величин, измеряемых десятками и сотнями метров, эксплуатация под-
земных вод происходит главным образом за счет снятия напоров и
только в отдельных случаях приводит к частичному осушению водо-
носного горизонта.
Мощности водовмещающих пород обычно измеряются первыми
десятками метров, но в отдельных бассейнах, например в Московском,
они достигают 100 м и более.
Для артезианских бассейнов характерно увеличение минерализации
по мере погружения водоносных горизонтов и удаления от областей
питания. Для целей водоснабжения используются в основном пресные
воды, расположенные в верхней гидрохимической зоне, мощность кото-
рой достигает 500—600 м и более.
Основные водоносные горизонты, как правило, достаточно надежно
защищены от поверхностного загрязнения и содержат бактериально
чистые воды.
155
Естественный (не нарушенный эксплуатацией) режим подземных
вод с погружением горизонтов все меньше испытывает на себе влияние
метеорологических и гидрологических факторов. В центральных частях
артезианских бассейнов амплитуды колебания уровня подземных вод
незначительны и связаны в основном с изменениями атмосферного
давления. В связи со значительными величинами напоров и расчетных
понижений неучет естественных колебаний уровней не приводит к ощу-
тимым погрешностям в гидрогеологических расчетах.
ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Все разнообразие природных гидрогеологических условий, наблю-
даемых в артезианских бассейнах платформ, может быть сведено
к нескольким расчетным схемам.
Если участок водозабора удален от границ пласта на расстояние,
измеряемое десятками километров, и в процессе эксплуатации водоза-
бора границы не будут влиять на режим его работы, пласт может рас-
сматриваться как «неограниченный». Например, схема «неограничен-
ного» пласта была принята при расчетах водозаборов для г. Саранска,
расположенного в артезианском бассейне. Выходы на поверхность кар-
боновых известняков, которые являются основным водоносным горизон-
том в бассейне, располагаются к северу и северо-западу от участков
разведки, на расстоянии 50 км и более.
При расположении водозабора вблизи границ пласта необходимо
учитывать влияние этих границ на работу водозабора. На границах
пласта могут наблюдаться следующие условия:
1) постоянство напора, когда пласт выклинивается под реку, озеро
или под аллювиальные отложения, связанные с рекой. Последняя
в естественных условиях является областью питания или превратится
в нее в процессе эксплуатации водозабора;
2) граница пласта может проходить по линии выклинивания водо-
носного горизонта, по тектоническим нарушениям, по зоне резкого
уменьшения фильтрационных свойств водовмещающих пород и т. п.
Приток на границе пласта в этих условиях незначительный, им можно
пренебречь и считать его равным нулю.
В процессе производства разведочных работ необходимо выявить
характер связи основного водоносного горизонта с выше- и нижеле-
жащими. Связь его с горизонтами пресных вод является положитель-
ным фактором, так как увеличивает эксплуатационные запасы. Однако
наличие в соседних водоносных горизонтах минерализованных или
загрязненных вод может привести к ухудшению качества откачиваемой
воды. Граничные условия в вертикальном разрезе могут быть сведены
к двум основным схемам:
1) основной водоносный горизонт изолирован от выше- и нижеле-
жащих толщей относительно непроницаемых глинистых пород. Мощ-
ность этой толщи изменяется в широких пределах от нескольких метров
(каширские глины в Московском артезианском бассейне) до нескольких
десятков метров и более (средне- и верхнесарматские глины в При-
азово-Кубанском артезианском бассейне);
2) основной водоносный горизонт сообщается с выше- и нижележа-
щими горизонтами через отдельные «окна», которые могут быть при-
урочены к размывам водоупорных пород, тектоническим нарушениям,
а также связаны с изменением литологического состава перекрываю-
щих толщ.
В процессе эксплуатации водозабора и образования депрессионной
воронки возможно развитие процесса перетекания в основной водонос-
ный горизонт из выше- и нижележащих горизонтов через слабо прони-
156
цаемые толщи и «окна». Однако в настоящее время методика расчета
эксплуатационных запасов подземных вод с учетом перетекания мало
разработана, и эксплуатационные запасы в артезианских бассейнах,
как правило, определяются по формулам, выведенным для пластов
с непроницаемой верхней и нижней границами, и поэтому несколько
занижаются.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Поисковые работы. В настоящее время в артезианских бас-
сейнах пробурено множество скважин и они эксплуатируются на под-
земные воды; большое число скважин опробовано также опытными
откачками в связи с разведочными работами на различные полезные
ископаемые и в процессе гидрогеологических съемок; составлены
гидрогеологические карты основных водоносных горизонтов и написаны
монографии, характеризующие геологические и гидрогеологические
условия бассейнов. Поэтому основные работы на поисковой стадии дол-
жны заключаться в сборе и анализе фондовых и опубликованных мате-
риалов, характеризующих геологические и гидрогеологические условия
района, и в обследовании и изучении режима работы действующих
водозаборов и отдельных эксплуатационных скважин.
В практике Государственной комиссии по запасам полезных ископае-
мых встречается много случаев, когда в районе города, для которого
производится разведка и оценка эксплуатационных запасов подземных
вод, действует один или несколько водозаборов, вскрывающих арте-
зианские воды основного водоносного горизонта. В подобных случаях
необходимо провести тщательный анализ работы этих водозаборов и
выявить возможность их дальнейшего расширения для удовлетворения
возросшей потребности города в воде.
Работа на действующих водозаборах должна заключаться:
1)	в сборе архивных и фондовых материалов;
2)	в обследовании эксплуатационных скважин, расположенных
непосредственно на площади водозабора и в радиусе его влияния;
3)	в постановке длительных режимных наблюдений;
4)	в проведении опытных работ для определения параметров.
В результате сбора материалов и обследования скважин должно
быть выявлено число эксплуатирующихся и законсервированных сква-
жин, режим их работы, конструкция, насосное оборудование, дебит
скважин и положение динамического уровня, химический и бактериоло-
гический состав подземных вод. По возможности должна быть восста-
новлена история развития водоотбора и изменения положения динами-
ческого уровня во времени.
На водозаборе следует организовать постоянные режимные наблю-
дения (если они еще не ведутся) для характеристики развития воронки
депрессии во времени, изменения химического состава подземных вод,
для чего может потребоваться бурение наблюдательных скважин.
По результатам наблюдений на отдельных эксплуатационных сква-
жинах за восстановлением уровня во время кратковременных остано-
вок, а также по работе всего водозабора (изменение суммарного дебита
и снижение пьезометрического уровня в отдельных точках воронки
депрессии) определяются основные параметры водоносного горизонта:
водопроводимость пласта и коэффициент пьезопроводности. Особенно
ценны параметры, определенные по результатам многолетней работы
водозабора, так как они отражают все источники питания водоносного
горизонта и дают усредненные характеристики значительной террито-
рии. В процессе длительной работы водозабора развиваются процессы
перетекания, которые приводят к замедлению темпов развития воронок
депрессий и учитываются в значениях коэффициентов пьезопроводности
157
и водопроводимости. (Методика определения параметров на действую-
щих водозаборах изложена в главе VIII.)
В результате изучения работы действующих водозаборов опреде-
ляются дебиты эксплуатационных скважин, наиболее рациональные
расстояния между ними, изменение химического состава подземных вод
в процессе эксплуатации, скорость продвижения границ пресных и
минерализованных вод в плане и в разрезе (если эти границы нахо-
дятся в зоне влияния водозабора).
Только после всестороннего анализа действующих водозаборов
в районе поисковых работ, определения основных параметров водонос-
ного горизонта и прогноза развития воронки депрессии во времени
можно переходить к расширению водоотбора на действующем водоза-
боре или к выбору участков для постановки разведочных работ.
К сожалению, такая последовательность работ в большинстве случаев
не выдерживается, и анализ работы водозабора осуществляется не
в период поисковых исследований, а во время предварительной и де-
тальной разведок на выбранных участках. В результате оказывается,
что участки выбраны слишком близко к действующим водозаборам,
в зоне их интенсивного влияния, разведочные скважины сближены
и т. п. Так произошло при расширении водоснабжения одного из круп-
ных городов для участка, который был выбран на расстоянии 4—6 км
от водозабора, действующего в районе города, в зоне его интенсивного
влияния. Разведочно-эксплуатационные скважины были пробурены
на расстоянии 200 м друг от друга, а наблюдательные скважины уда-
лены от центральных на 20—40—70 м. Учитывая неудачный опыт
работы на первом участке, другие участки были удалены от действую-
щего водозабора на расстояние 10—16 км, где его влияние уже незна-
чительно, а расстояние между разведочно-эксплуатационными скважи-
нами увеличено до 0,8—1,0 км.
Кроме анализа режима работы отдельных водозаборов в процессе
поисковых работ должна быть дана площадная характеристика гидро-
геологических условий. Размер площади исследований определяется
на основании следующих соображений.
Опыт показывает, что отдельные групповые водозаборы в артезиан-
ских бассейнах имеют дебиты 0,3—0,7 м2[сек, поэтому для получения
расхода 1—2 м^сек должно быть создано несколько рассредоточенных
водозаборов. При небольших потребностях, соизмеримых с дебитом
одного водозабора, для предварительной разведки также может быть
намечено несколько участков с тем, чтобы выбрать наиболее перспек-
тивный под детальную разведку.
Вокруг действующих водозаборов развиваются значительные во-
ронки депрессии, радиусы влияния которых колеблются от нескольких
до 25—30 км, а местами и более. Поэтому, как показывает опыт экс-
плуатации подземных вод, проектируемые водозаборы должны быть
рассредоточены на значительной площади и удалены друг от друга и
от действующих водозаборов на расстояние до 10 км и более. Следо-
вательно, при изыскании для крупного водоснабжения гидрогеологи-
ческие условия необходимо проанализировать на площади, измеряемой
сотнями и тысячами квадратных километров, а в небольших артезиан-
ских бассейнах гидрогеологические условия должны быть охарактери-
зованы на площади всего бассейна.
В результате анализа действующих водозаборов, отдельных сква-
жин и собранных материалов для выбранной площади должна быть
составлена гидрогеологическая карта масштаба 1:100 000—1:500 000;
на ней следует показать распространение основного водоносного гори-
зонта, его пьезометрическую поверхность, изменение мощности, глубин
залегания, водопроводимости водовмещающих пород, распределение
напоров, а также привести характеристику химического состава под-
158
земных вод. На выделенной площади должны быть охарактеризованы
водоносные горизонты, подстилающие и перекрывающие основной
горизонт, и характер их взаимосвязи.
Гидрогеологическую съемку в пределах выделенной территории
проводить нецелесообразно, так как основные водоносные горизонты
залегают на глубине 100—200 м, а местами и более и, как правило,
не имеют водопроявлений на поверхности. Поэтому при недостатке
фактического материала для гидрогеологической характеристики выде-
ленной площади и выбора перспективных участков в отдельных точках
бурятся поисково-разведочные скважины. На скважинах проводятся
одиночные откачки на одно максимально возможное понижение про-
должительностью в несколько суток. По данным откачек определяется
коэффициент водопроводимости пласта.
Поисковые работы заканчиваются выбором участка или участков
для предварительной разведки.
Предварительная разведка. На участках, рекомендуемых
для производства разведочных работ, обычно имеются единичные разве-
дочные или эксплуатационные скважины. Поэтому в хорошо изученных
районах, при наличии простых гидрогеологических условий, известных
дебитах эксплуатационных скважин и параметрах водоносного гори-
зонта, стадия предварительной разведки может быть опущена.
Предварительную разведку целесообразно проводить в слабо изу-
ченных районах, в районах со сложными гидрогеологическими усло-
виями (например, при резкой неоднородности водовмещающих пород на
площади). Если в результате поисков выделено несколько участков, то
их необходимо сравнить между собой и выбрать под детальную раз-
ведку наиболее перспективные.
На участках, выбранных для предварительной разведки, произво-
дится рекогносцировочное обследование и уточняется их положение на
местности. Местоположение участков согласовывается с проектирую-
щими и местными советскими организациями и органами санитарной
инспекции. В процессе предварительной разведки уточняются гидрогео-
логические условия в пределах выбранных участков.
В артезианских бассейнах водозаборы располагаются, как пра-
вило, в долинах рек, где пьезометрический уровень подземных вод
залегает ближе к дневной поверхности, чем на водоразделе. Поэтому
направление долины и ее ширина часто определяют и положение разве-
дочных скважин. Вдоль узких долин разведку целесообразно прово-
дить однолинейным рядом скважин, вытянутых вдоль долины. В речных
долинах, ширина которых измеряется километрами, или на водоразде-
лах в результате предварительной разведки дается площадная характе-
ристика участка, и скважины располагаются в виде сетки. Расстояние
между разведочными скважинами в зависимости от гидрогеологических
условий может изменяться от 1,5—2,0 до 4—5 км. На всех пробуренных
скважинах основной водоносный горизонт опробуется откачкой на одно
максимально возможное понижение продолжительностью в несколько
суток. По результатам этих откачек определяется коэффициент водо-
проводимости пласта. В нескольких точках пробные откачки проводятся
для характеристики водоносных горизонтов, перекрывающих и подсти-
лающих основной. Изучение режима подземных вод на участке органи-
зуется на нескольких скважинах по мере их бурения.
Кроме проведения работ непосредственно на выбранном участке
в процессе предварительной разведки может возникнуть необходи-
мость уточнения гидрогеологических условий в районе границ основ-
ного водоносного горизонта, если они будут влиять на режим экс-
плуатации будущего водозабора. Например, если участок разведки
расположен около крупной реки, необходимо установить наличие гид-
равлической связи между подземными и поверхностными водами и воз-
159
можность превращения реки в область питания при эксплуатации
водозабора. Методика и объем работ для решения этой задачи излага-
ются в главе XIX.
В процессе предварительной разведки уточняются также границы
распространения (в разрезе и плане) пресных и минерализованных
вод, если существует опасность, что в процессе эксплуатации водо-
забора произойдет подсос минерализованных вод. Необходимость
изучения этой границы определяется на основании предварительного
прогнозного расчета (Бабушкин, Глазунов, Гольдберг, 1962). В резуль-
тате проведения предварительной разведки выбирается участок (или
участки) расположения водозаборов, уточняются схема водозабора и
граничные условия.
Выбор схемы водозабора проводится на основании технико-эконо-
мического сравнения нескольких вариантов совместно с проектиров-
щиками. Так как водозаборы в большинстве случаев приурочены к
долинам рек, их местоположение и схема определяются направлением
и шириной долины. В узких долинах закладываются линейные водо-
заборы, в широких долинах и на водоразделах — линейные, кольце-
вые батареи, сетки скважин, Г-образный ряд. Расстояние между сква-
жинами в водозаборе определяется технико-экономическими расчетами;
на действующих водозаборах эти расстояния изменяются от 100—
200 до 500 м, редко более. Дебиты проектируемых скважин выбираются
на основании опыта эксплуатации скважин в районе разведки. По дан-
ным предварительной разведки, применительно к выбранной схеме во-
дозабора, делается подсчет эксплуатационных запасов подземных вод.
Расчет производится гидродинамическим методом и сводится к опреде-
лению понижения уровня на водозаборе к концу расчетного срока экс-
плуатации, с учетом взаимодействия всех водозаборов.
При расположении водозаборов вдали от границ пласта («безгра-
ничный пласт») применяется расчетная формула
« = 2^L)ep 1п *п r0 + Qj In n -r Q, In r2 4-
+ ...+Q„lnr„)],	(XII, 1)
где QCyM — суммарный дебит всех взаимодействующих водозабо-
ров;
Q — дебит водозабора, для которого рассчитывается
понижение уровня воды (s);
Qi, Q2, • ••, Qn — дебиты взаимодействующих водозаборов, распо-
ложенных соответственно на расстояниях п, г2, ...,
гп от водозабора, в котором определяется понижение;
го — радиус водозабора, в котором определяется пониже-
ние;
(Ат) Ср — среднее значение коэффициента водопроводимости
пласта на площади размещения водозаборов;
Rn — приведенный радиус влияния, рассчитываемый по
формуле:
#n=l,5]/^-	(XII, 2)
Водозабор рассматривается как «большой колодец», радиус кото-
рого рассчитывается по формулам, приведенным в главе II. Ориентиро-
вочные размеры проектируемого водозабора определяются на основании
предполагаемого дебита водозабора, расхода одной скважины, возмож-
ного числа скважин и схемы их размещения.
Значение коэффициента пьезопроводности в слабо изученных
районах может приниматься по аналогии с другими участками или
бассейнами.
160
При расположении водозаборов вблизи реки, которая может быть
принята за границу с постоянным напором, формула для определения
понижения в водозаборе, с учетом срезок, выразится следующим обра-
зом:
s =	+« |п7г + & |П7Г + '  • + «'”-&]- (XII, 3|
где рь ,р2, ..., рп — расстояние до зеркально отраженных водозаборов;
I — расстояние от реки до водозабора, в котором
определяется понижение (s).
При влиянии на работу водозаборов непроницаемых границ пласта
общее понижение в каждом из водозаборов, с учетом влияния других
водозаборов, определяется по формуле
s = 2?(Щ~ t2 QcyM in Rn (Q In 2r0p + Qi In rjPi + Q2 In r2p2 +
+ ... + Q„lnr„p„)].	(XII, 4)
Во всех приведенных формулах (XII, 1—XII, 4) реальные водоза-
боры заменены единичными большими колодцами. Эту замену можно
производить в том случае, если расстояние между водозаборами в 1,5—
2 раза больше, чем их радиусы (Бочевер, 1963).
Детальная разведка. На стадии детальной разведки места
заложения буровых скважин определяются выбранной схемой водоза-
бора. В связи с тем, что глубина эксплуатационных скважин в артезиан-
ских бассейнах составляет 100—200 м и более, а геологические условия
относительно выдержаны на больших площадях, в процессе детальной
разведки целесообразно бурение разведочно-эксплуатационных сква-
жин. Исключение могут составлять районы развития неравномерно
трещиноватых и закарстованных известняков, в которых наблюдаются
резкие колебания фильтрационных свойств по площади.
Количество разведочно-эксплуатационных скважин определяется
предварительным расчетом, основанным на необходимости получения
в результате разведочных работ около 50% эксплуатационных запасов
подземных вод по кат. Aj согласно требованиям инструкции ГКЗ.
Разведочно-эксплуатационные скважины рекомендуется закладывать
не ближе двойного расстояния между проектируемыми эксплуатацион-
ными скважинами в водозаборе. В условиях неравномерной трещино-
ватости и закарстованности, характерной для известняков, число сква-
жин, пробуренных в процессе детальной разведки, может быть увеличе-
но до 60—70% от проектируемых. На всех пробуренных скважинах
производится комплекс геофизических исследований для уточнения
геологического и гидрогеологического разрезов, выявления мест
установки фильтров в рыхлых породах и изучения изменения фильтра-
ционных свойств трещиноватых пород в разрезе, что особенно важно,
если в процессе эксплуатации водозабора ожидается частичное осуше-
ние водоносного горизонта.
На всех вновь пробуренных скважинах проводятся откачки на одно
максимально возможное понижение продолжительностью в несколько
суток, с дебитом, близким к эксплуатационному. В тех случаях, если
отсутствуют достаточно мощные насосы для получения проектируемых
дебитов, для построения графика зависимости дебита от понижения и
определения эксплуатационного дебита скважин следует провести опыт-
ные откачки на два понижения (Язвин, 1965).
Для определения параметров пластов (коэффициентов водопрово-
димости и пьезопроводности) более надежны данные, полученные по
наблюдательным скважинам. В качестве наблюдательных по возмож-
11 Зак 627	161
ности следует использовать пробуренные ранее разведочные и раз-
ведочно-эксплуатационные скважины, для чего, возможно, потребуется
увеличение продолжительности откачки. При необходимости бурения
специальных наблюдательных скважин расстояния между ними и схема
размещения определяются расчетами, изложенными в главе VIII.
В трещиноватых породах при проектировании осушения верхней
части водоносного горизонта целесообразно осуществить поинтерваль-
ное опробование части скважин для определения изменения фильтра-
ционных свойств водовмещающих пород по глубине.
При распространении минерализованных вод в водоносных гори-
зонтах, перекрывающих или подстилающих основной, и наличии связи
с этими горизонтами через слабо проницаемые слои или «окна», воз-
никает опасность ухудшения качества воды при эксплуатации водо-
забора. Однако в настоящее время мы не можем с достаточной точ-
ностью прогнозировать развитие этого процесса с помощью аналитиче-
ских расчетов. Продолжительные откачки также не дают желаемых
результатов, так как продвижение границы пресных и минерализован-
ных вод — процесс достаточно длительный, и, кроме того, при работе
водозабора этот процесс может происходить в совершенно других мас-
штабах. Поэтому в настоящее время основным материалом, по которому
можно судить об изменениях качества воды в процессе эксплуатации,
является анализ изменения химического состава подземных вод на
действующих водозаборах в районе разведочных работ.
Расчет эксплуатационных запасов подземных вод в артезианских
бассейнах производится гидродинамическими методами или при сов-
местном применении гидравлического и гидродинамического методов.
ПРИМЕР РАЗВЕДКИ И ПОДСЧЕТА
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Для иллюстрации основных положений, изложенных в настоящей
главе, нами приводится пример поисков и разведки подземных вод для
хозяйственно-питьевого водоснабжения одного из населенных пунктов,
расположенного в пределах артезианского бассейна. Для описания
использованы материалы разведочных работ с подсчетом запасов под-
земных вод. В геологическом строении района принимают участие
породы докембрия и отложения осадочной толщи меловой, палеогено-
вой, неогеновой и четвертичной систем. В районе выделяется ряд водо-
носных горизонтов, отделенных друг от друга водоупорными глинистыми
отложениями. Наибольшее практическое 'значение для организации хо-
зяйственно-питьевого водоснабжения имеет здесь бучакский водоносный
горизонт, который залегает на глубине около 300 м. Водовмещающими
породами бучакского горизонта являются разнозернистыё пески, мощ-
ность которых меняется от 20 до 50 м. В кровле горизонта залегают
мергели и глины киевского яруса, в подошве — палеоценовые глины или
глинистые пески, подстилаемые верхнемеловыми водонепроницаемыми
алевритами. Бучакский водоносный горизонт — напорный; напоры ко-
леблются от 180 до 300 м. Глубина залегания пьезометрического уровня
от поверхности земли изменяется от 2—30м в понижениях рельефа до
60—70 м на водоразделах. Минерализация подземных вод к северу от
рассматриваемой территории не превышает 1 г/л, южнее минерализация
увеличивается до 2—3 г/л. Область питания находится в северо-восточ-
ной части района на расстоянии 50—60 км от водозабора. Дренируется
водоносный горизонт открытым водным бассейном.
На территории водозабора действует ряд эксплуатационных сква-
жин, вскрывающих воды бучакских песков (рис. 28). В связи с возрос-
шей потребностью в воде была поставлена задача изыскания допол-
нительных источников водоснабжения. Изыскательские работы для
162
решения этой задачи проводились в два этапа. Работы первого этапа
заключались в тщательном анализе действующего водозабора, гидро-
геологических условий восточной части артезианского бассейна и прово-
дились в следующей последовательности:
1)	сбор архивных и фондовых материалов по истории развития во-
дозабора;
2)	сбор фондового материала для характеристики гидрогеологиче-
ских и геологических условий северо-восточной части артезианского
бассейна на площади около 8 тыс км2-,
Рис. 28. Схематическая карта гидроизопьез бучакского водоносного горизонта
северо-восточной части артезианского бассейна (по материалам Белоозерской
КГРЭ)
1 — скважина, пробуренная на участке детальной разведки до начала раз-
ведочных работ Белоозерской партии; 2 — скважина, пробуренная >на участке
в процессе детальной разведки; 3 — скважина, пробуренная для изучения
гидрогеологических условий района влияния действующего водозабора; 4—
гидроизопьезы бучакского водоносного горизонта; 5 — граница распростране-
ния пресных вод (с сухим остатком 1 г/л). Бергштрихн направлены в сторону
распространения пресных вод
3)	обследование всех эксплуатационных скважин водозабора и
около 90 действующих скважин, эксплуатирующих бучакский гори-
зонт и расположенных в районе депрессивной воронки водозабора на
площади около 1500 км2;
4)	проведение опытных работ с целью остановки отдельных
эксплуатационных скважин и наблюдения за восстановлением уровня
в районе водозабора; по данным этих наблюдений определяют гидро-
геологические параметры пласта;
5)	выявление недостаточной изученности гидрогеологических усло-
вий в южном, восточном и западном направлениях от водозабора. Для
изучения бучакского водоносного горизонта в этих направлениях,
определения химического состава подземных вод, оконтуривания и
последующего наблюдения за развитием воронки депрессии были про-
бурены шесть разведочных скважин. Для получения характеристики
гидрогеологических условий на более обширной территории эти скважи-
ны бурились на расстоянии до 10 км от водозабора, одна скважина
была пройдена около тектонического разлома для изучения гидрогеоло-
11*	163
гических условий в районе восточной границы бучакского водоносного
горизонта и одна скважина была пробурена в центральной части водо-
забора для наблюдения за уровнем подземных вод в наиболее глубокой
части воронки депрессии. Все пробуренные скважины опробовались
откачками на 1—2 понижения, со средней продолжительностью 4—
6 суток;
6)	огранизация режимных наблюдений: замер динамических уров-
ней и расходов воды по отдельным скважинам и отбор проб на химиче-
ский анализ во время всего периода полевых работ на действующем
водозаборе.
В результате проведенных работ была получена характеристика
геологических и гидрогеологических условий северо-восточной части
артезианского бассейна, выявлены граничные условия и определены
параметры бучакского водоносного пласта, оконтурена воронка депрес-
сии действующего водозабора. Было установлено, что на участке
действующего водозабора ресурсы подземных вод ограниченны и даль-
нейшее его расширение невозможно. Поэтому для удовлетворения воз-
росшей потребности города в воде был выделен участок для постановки
разведочных работ.
Выбор участка произведен на основании учета ряда геологических
и гидрогеологических факторов: к югу от участка действующего во-
дозабора минерализация подземных вод увеличивается до 2—3 а/л и
более, к востоку — песчаные фации переходят в глинистые и ухудшаются
фильтрационные свойства водовмещающих пород; к северо-западу рас-
положено месторождение полезного ископаемого, разработка которого
ведется со значительным водопонижением. В районе водозабора сниже-
ние уровней достигло предельных значений и увеличение водоотбора
исключено. В результате анализа всех перечисленных условий участок
разведочных работ был выбран в долине реки, в 15—16 км к северо-
востоку от основного действующего водозабора, но в зоне его влияния
и в пределах его воронки депрессии, поскольку радиус влияния ее
составляет около 25 км.
Второй этап работ заключался в проведении разведки на выбран-
ном участке. На участке и на территории, прилегающей к нему,
действовали четыре эксплуатационные скважины, пробуренные в бучак-
ском горизонте, которые были обследованы на первом этапе работы.
Поэтому в пределах участка имелись данные о фильтрационных свой-
ствах водовмещающих пород и дебитах эксплуатационных скважин.
В связи с этим была пропущена стадия предварительной разведки и
по имеющимся материалам намечена схема водозабора — линейный ряд
скважин длиной около 7 км, вытянутый вдоль речной долины. Приме-
нительно к выбранной схеме водозабора были пробурены дополнительно
три разведочно-эксплуатационные скважины глубиной около 250 м, на
расстоянии 1,5 км друг от друга. Для подсчета эксплуатационных запа-
сов были использованы также две эксплуатирующиеся скважины, рас-
положенные в этом же ряду.
Все скважины были опробованы опытными откачками на несколько
понижений. Третье, наиболее мощное, понижение поддерживалось в
течение 15—17 дней до относительной стабилизации уровня в централь-
ных скважинах, при постоянных расходах. Влияние откачки распрост-
ранялось на расстояние до 4 км, и в качестве наблюдательных исполь-
зовались все пробуренные и существующие на участке скважины.
По результатам наблюдений за неустановившимся движением в
наблюдательных скважинах были определены параметры пласта: коэф-
фициенты водопроводимости и пьезопроводности. Геофизические работы
на участке заключались в стандартном каротаже и резистивиметрии,
которые проводились для уточнения геологического разреза и выявле-
ния наиболее обводненных участков для постановки фильтров.
164
После окончания разведки для уточнения выбранной схемы во-
дозабора авторы провели расчеты 6 вариантов линейного ряда скважин
при различных расстояниях между скважинами и различных дебитах
скважин. В результате этих расчетов наиболее оптимальные показатели
были получены для 13 скважин, при среднем расстоянии между скважи-
нами 500 м.
Расчет эксплуатационных запасов на проектируемом водозаборе
произведен гидродинамическим методом, с учетом взаимодействия с
действующим водозабором и шахтным водоотливом. При расчетах была
принята схема полуограниченного пласта с нулевым расхождением на
границе. За непроницаемую границу был принят тектонический раз-
лом, расположенный в 20 км к востоку, по которому наблюдается
выклинивание бучакского водоносного горизонта. Сверху и снизу бучак-
ский водоносный горизонт перекрывается мощной толщей относительно
водоупорных пород.
Из числа общих запасов к кат. А отнесены запасы, соответствую-
щие максимальным фактическим дебитам, полученным при разновре-
менных опытных откачках из пяти скважин. К кат. В отнесены запасы,
соответствующие расходам восьми проектируемых скважин, которые
предполагается заложить между пятью существующими, и расходы
трех пробуренных скважин, рассчитанные путем экстраполяции на
двукратные понижения уровня. Кроме этого, по результатам режимных
наблюдений и определению снижения уровня к концу расчетного пе-
риода подсчитаны запасы по кат. А + В на площади действующего водо-
забора. Подсчет скорости продвижения контура подземных вод повышен-
ной минерализации к водозабору установил, что в течение расчетного
срока сухой остаток в водах южной части скважин водозабора может
увеличиться до 1,3 г,/л. Превышение допустимой величины минерализа-
ции было согласовано с республиканскими организациями санитарного
надзора.
Работы по оценке эксплуатационных запасов подземных вод для
хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Мелитополя проведены в це-
лом целеустремленно и методически правильно, с учетом изученности
подземных вод района в предшествующий период времени.
По проведенным работам имеются два замечания:
1. Гидродинамические расчеты для определения наиболее рацио-
нальной схемы водозабора надо было провести перед началом деталь-
ной разведки, а после окончания разведки — уточнить эту схему, с уче-
том полученных параметров. И кроме гидродинамического следовало
бы сделать технико-экономический расчет нескольких вариантов водо-
забора.
2. Время проведения максимального понижения на разведочно-
эксплуатационных скважинах могло быть несколько сокращено против
фактических 11—17 суток, так как закономерности темпа снижения
уровня в наблюдательных скважинах установлены в первые 7—8 су-
ток откачки.
Глава XIII
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ НЕБОЛЬШИХ
ТЕКТОНИЧЕСКИХ СТРУКТУР
КАЗАХСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ СТРАНЫ
ОБЩИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Казахская складчатая область характеризуется специфиче-
скими геологическими и климатическими условиями. Это засушливая
полупустынная зона с резко континентальным климатом. Сумма годо-
вых осадков здесь обычно не превышает 200—300 мм, в то время как
испарение с водной поверхности достигает 700—800 мм в год. Такие
условия крайне неблагоприятны как для формирования значительного
поверхностного стока, так и для накопления запасов подземных вод.
Поэтому большинство рек здесь не имеет постоянных водотоков и
заполняется водой лишь в период весеннего половодья, в остальное
время года вода сохраняется только в плесах.
Характерным для этой территории является весьма неравномерная
и в целом слабая обводненность пород. Минерализация подземных вод,
как правило, пестрая. Подземные воды, представляющие интерес
для водоснабжения городов и поселков, приурочены к небольшим
тектоническим структурам (мульды, антиклинали, синклинали, грабен-
синклинали, горст-антиклинали и др.), в которых сосредоточены зна-
чительные запасы подземных вод хорошего качества. На ряде отмечен-
ных выше структур проведена детальная разведка и в ГКЗ утверждены
значительные (более 6 м?1сек) запасы подземных вод. На основании
анализа и обобщения материалов (А. А. Емельянов, С. К. Калугин,
С. И. Русанов, М. А. Хордикайнен и др.) детальных исследований
можно наметить характерные особенности формирования подземных
вод и рекомендовать методы их поисков и разведки.
Формирование структур происходило в условиях неоднократных
тектонических движений; это привело к образованию структур, весьма
разнообразных по форме и размерам (их площади варьируют от
нескольких десятков и сотен до нескольких тысяч квадратных километ-
ров). В одних структурах складки образовывались одновременно с
накоплением осадков, и такие структуры обычно представляют собой
чашу с падением крыльев под углом от 10 до 90° и с пологой централь-
ной частью. В других структурах уже сформировавшиеся породы пре-
терпели интенсивные тектонические дислокации: сильно перемяты и
имеют много тектонических нарушений.
Структуры сложены в основном карбонатными породами девон-
ского и каменноугольного возраста. Исключением являются Сокурская
и Михайловская мульды, в которых основной водоносный горизонт приу-
рочен к рыхлым конгломератам и песчаникам юрского времени. Мощ-
ность пород, участвующих в строении структуры, достигает 1000—
4000 м и более. Структуры, аналогичные казахстанским, развиты на
территории СССР также в Алтае-Саянской складчатой системе и на
архипелаге Северной Земли.
166
Гидрогеологические условия описываемых структур весьма сложны
и разнообразны и определяются особенностями их строения, литоло-
гическим составом водовмещающих пород и условиями формирования
подземных вод. Эти структуры как гидродинамические системы явля-
ются областями питания, циркуляции и разгрузки подземных вод.
Характерной их особенностью является замкнутость в плане и срав-
нительно небольшие размеры. Обычно они окружены слабоводопрони-
цаемыми породами. В этих структурах основные водоносные горизонты
приурочены к девон-карбоновым известнякам и песчаникам, переслаи-
вающимся с глинистыми сланцами, мергелями, алевролитами. Водонос-
ные известняки обычно сильно пористы и кавернозны. Размеры пор
2—5 мм, каверн — несколько сантиметров. Мощности водоносных гори-
зонтов изменяются от нескольких десятков до 100—200 м, иногда более.
В антиклинальных структурах и краевых частях мульд воды безнапор-
ные и залегают на глубинах от 1 до 50 м, по мере погружения водонос-
ных горизонтов к центру мульд и синклиналей воды приобретают напор
порядка 10—100 м и иногда скважины фонтанируют.
Водообильность пород находится в прямой зависимости от их лито-
логического состава и степени трещиноватости. Породы вследствие
многократных тектонических дислокаций и активных процессов
выветривания сильно трещиноваты и часто раскарстованы до глубин
100—200 м и более. В этой зоне активной трещиноватости породы наи-
более водообильны. Однако наряду с этим могут встречаться и весьма
слабо трещиноватые участки, где породы практически безводны.
Другой особенностью описываемых структур являются сложные
гидрохимические условия и пестрота минерализации подземных вод.
Пестрая минерализация обусловлена климатическими и геолого-струк-
турными особенностями территории. В отдельных структурах установ-
лено резкое изменение минерализации не только с глубиной, но и по
площади: пресные воды контактируют с солеными как в разрезе, так и
в плане. В ряде структур вообще пресные воды не встречены.
Основной причиной увеличения минерализации вод с глубиной
является ухудшение водообмена вследствие замедленных условий
циркуляции. В результате засоления подземных вод в местах близкого
от поверхности залегания водоносного горизонта вследствие испарения
или резкого ухудшения фильтрационных свойств пород, приводящего
к застойному режиму, происходит увеличение минерализации вод и по
площади.
Пресные подземные воды обычно развиты до глубин 100—200 м и
приурочены к зоне активной трещиноватости.
Так, в Кингирской зоне брахискладок (юго-западная часть
Центрально-Казахской складчатой области) наибольшие запасы прес-
ных вод сосредоточены в положительных структурах (сводовых частях
антиклиналей), т. е. на тех участках, где породы наиболее трещиноваты
и, следовательно, хорошо раскрыты и промыты (рис. 29). Господствую-
щее гипсометрическое положение, значительные уклоны и хорошие кол-
лекторские свойства пород создают благоприятные условия для цирку-
ляции и накопления значительных запасов пресных вод в антиклиналь-
ных структурах.
В синклинальных структурах Кингирской зоны, наоборот, породы
значительно уплотнены, часто прикрыты чехлом слабо проницаемых
отложений, трещины в породах нередко закольматированы и водообмен
затруднен, вследствие чего в них преобладают воды повышенной ми-
нерализации. В карбоновых мульдах мощность зоны пресных вод
обычно достигает 50—100 м и только в некоторых из них превышает
100 м. В большей части этих структур пресные воды приурочены к
краевым частям и лишь в некоторых мульдах развиты и в центральных
частях (Яблоновая, Владимирская и некоторые другие). Мощность зоны
167
пресных вод в юрских рыхлых конгломератах и песчаниках Михайлов-
ской и Сокурской мульд изменяется от нескольких десятков до
нескольких сотен метров. Наибольшая мощность зафиксирована в
центральной части Сокурской мульды — около 300 м. По всем структу-
рам отмечено небольшое увеличение минерализации подземных вод в
феврале—марте — в период минимального положения уровня, и умень-
шение минерализации в июне, после наступления весеннего максимума.
По данным режимных наблюдений установлены значительные изме-
нения уровней водоносных горизонтов в зависимости от атмосферного
питания. Так, в связи с интенсивным поглощением снеготалых вод
Рис. 29. Условия распространения подземных вод различной минерализации Жаиайской Зрахиан-
тиклинали и Спасской мульды
/ — глины; 2— переслаивание песчаников, аргиллитов, алевролитов; 3 — известняки; -/ — песча-
ники и гравелиты; <мииер<ализ-ация подземных вод: 5—до '1,0 г/л; € — от 1,0 до
1,5 г/л; 7 —от 1;5 до 2,0 г/л; 8 — от 2,0 до '5,0 г/л; 5—свыше 5,0 г/л; 10 — уровень подземных пол;
// — пьезометрический уровень напорных вод; 12— хлоридно-натриевый тип минерализации; 13 —
сульфатно-натриевый тип минерализации
весной уровни резко повышаются: амплитуда колебаний между зим-
ним минимумом и весенним максимумом (апрель — май) достигает
0,5—1 м, в отдельные годы — нескольких метров.
Вследствие слабого развития рыхлых покровных отложений и близ-
кого залегания сильно трещиноватых водовмещающих пород непо-
средственно на площадях структур в краевых частях мульд, антиклина-
лях, зонах разломов, долинах рек происходит интенсивная инфильтра-
ция атмосферных осадков и нередко поглощение паводкового стока.
Наибольшей способностью аккумулировать инфильтрационную воду
обладают известняки: в некоторых из них карстовые пустоты достигают
1,5—2 м в поперечнике и распространяются на глубину 80—100 м и
более. Поэтому, несмотря на небольшое (200—300 мм в год) количе-
ство осадков и неравномерное их распределение (большая часть осад-
ков выпадает летом — в период интенсивного испарения), в период
снеготаяния происходит интенсивное поглощение осадков.
Так, опытными наблюдениями С. К. Калугина (1954) за инфиль-
трацией атмосферных осадков в карбонатные породы установлено, что
в пределах раскарстованных известняков поглощается до 40% годовых
осадков. Режимными наблюдениями и материалами снегомерных съемок
на других, менее раскрытых, структурах установлено, что практически
в питании участвуют только осенне-зимние осадки (в среднем 40—
60 мм), составляющие примерно 20% от годовой суммы осадков.
Частичное питание водоносных горизонтов осуществляется также за
168
счет подтока трещинных вод из коренных пород, окружающих струк-
туры.
Основные области питания расположены в пределах структур либо
по их периферии (мульды, синклинали), либо в центральных частях
(антиклинали), т. е. там, где водовмещающие породы занимают более
высокое гипсометрическое положение.
Разгрузка в основном происходит путем поверхностного испарения
подземных вод в местах их выхода на поверхность (озера, заболочен-
ные участки) или в местах близкого от поверхности залегания, а также
путем стока в реки. Часто области питания и разгрузки располагаются
б непосредственной близости друг от друга.
Наиболее водообильные зоны, как показывает опыт разведки, при-
урочены к антиклинальным структурам (Жанайская, Уйтасская, Айдос-
ская и др.) и периферийным частям мульд (Акмолинская, Коксенгир-
сорская, Тамсорская мульды и др.), т. е. к участкам, где водоносные
породы залегают близко от поверхности. Повышенная водообильность
этих зон объясняется хорошей водоприницаемостью пород, обусловлен-
ной активными процессами выветривания, а также благоприятными
условиями питания. И только в ряде структур наиболее водообильные
зоны приурочены к их центральным, наиболее трещиноватым, частям
(Владимирская, Яблоновая, Жолболдинская мульды). Также наиболее
водообильными являются центральные части Михайловской и Сокур-
ской мульд.
Дебиты скважин, пробуренных в наиболее водообильных зонах,
колеблются в широких пределах: от 1 до 75 л/сек, в отдельных скважи-
нах до 100 л/сек (Сокурская мульда, антиклинали Кингирской зоны).
Средние удельные дебиты скважин 0,5—10 л/сек.
Однако и в наиболее водообильных зонах наиблюдается резкая
фильтрационная неоднородность пород как по площади, так и по
глубине, что следует иметь в виду при поисках и разведке. Коэффициенты
фильтрации колеблются в широких пределах — от 0,07 до 40—Ъ$м1сутки.
Максимальные значения водопроводимости отмечаются по простиранию
пород, минимальные — по падению. Так, в Коксенгирсорской мульде
водопроводимость пород по простиранию составляет 1500—6500 At2/сутки,
по падению— 125—500 м21сутки. Обычно водопроводимость пород по
простиранию в 5—10 раз выше, чем по падению. При формировании
депрессионных воронок в процессе эксплуатации или при продолжитель-
ных откачках четко фиксируется в плане фильтрационная неоднород-
ность пород: большая ось депрессионной воронки совпадает с направ-
лением простирания пород, меньшая — с направлением падения.
На описываемых структурах установлено также убывание водо-
проводимости с глубиной. Так, при общей мощности трещиноватых зон,
достигающей 200—500 м, наибольшая водопроводимость отмечается до
глубин 100—200 м. Пресные воды в описываемых структурах преиму-
щественно распространены в крыльях мульд, в антиклиналях, а также
в местах интенсивной трещиноватости в центральных частях отдельных
мульд, т. е. в пределах областей поглощения атмосферных осадков, где
водообмен наиболее интенсивен. Это обстоятельство следует также
учитывать при постановке поисковых и разведочных работ на описывае-
мых структурах.
Одной из основных характерных особенностей описываемых струк-
тур является наличие значительных естественных (емкостных) запасов
и ограниченность естественных (восполняемых) ресурсов. Из этого сле-
дует, что получение значительных количеств воды в этих структурах
возможно в основном за счет использования естественных (статисти-
ческих) запасов.
Как показывает опыт разведки и режимные наблюдения, воспол-
няемые зарасы обычно составляют не более 20—30% от эксплуатацион-
169
них при условии осушения половины мощности водоносного горизонта.
Однако, учитывая весьма ограниченные запасы пресных вод на терри-
тории Казахской складчатой страны и в то же время огромную потреб-
ность в воде, при детальных исследованиях необходимо выявлять и
учитывать количественно все возможные источники восполнения за-
пасов.
В Казахской ССР водоснабжение промышленных центров и ряда
крупных городов базируется в значительной мере на использовании
подземных вод описываемых структур. Суммарная производительность
водозаборов в различных структурах колеблется от 30—40 до 500 л/сек
и более.
Учитывая острую потребность в воде и слабую разведанность мно-
гих мелких структур на территории Казахстана, возникает необхо-
димость дальнейшего детального изучения и оценки эксплуатационных
запасов подземных вод в этих структурах.
СХЕМАТИЗАЦИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Как уже отмечалось, определение величины запасов в описываемых
структурах является весьма сложной задачей, обусловленной большим
разнообразием гидрогеологических условий и факторов, влияющих на
формирование и режим подземных вод. Одной из характерных особен-
ностей описываемых структур является их замкнутость в плане и срав-
нительно небольшие размеры. Следовательно, эксплуатационные запасы
подземных вод в них ограниченны. При малых размерах структур
необходимо определять естественные запасы и естественные ресурсы
(питание) структуры в целом.
При оценке эксплуатационных запасов в большинстве случаев рас-
четная схема должна быть представлена в виде пласта-круга или пла-
ста-полосы, так как депрессия обычно распространяется до границ
пласта, и только в больших структурах при удаленности водозабора от
границ может быть принята схема неограниченного или полуограничен-
ного пласта.
При рассмотрении граничных условий в вертикальном разрезе
выделяются два основных типа пластов: водоносные пласты со свобод-
ной поверхностью (безнапорные воды) и пласты, изолированные от
атмосферы (напорные воды). В пределах одной и той же структуры
нередко наблюдается переход от безнапорных условий к напорным в
процессе погружения пласта под водоупорные породы. В связи с
убыванием трещиноватости с глубиной нижнюю границу водоносной
зоны можно рассматривать как практически водоупорную.
Сложность схематизации в описываемых структурах усугубляется
неоднородностью химического состава подземных вод, минерализация
которых меняется как в плане, так и в разрезе. Положение поверхности
раздела пресных и высокоминерализованных вод имеет большое зна-
чение для оценки эксплуатационных запасов на участке расположения
водозабора, так как при его эксплуатации положение границы раздела
может существенно измениться и угрожать качеству воды, используе-
мой для водоснабжения.
Для оценки этого процесса во времени рассматривается скважина,
находящаяся в самых неблагоприятных условиях (наименее удаленная
от контура соленых вод), и по соответствующим формулам определяется,
за какое время соленые воды могут приблизиться к водозабору (Бабуш-
кин, Глазунов и др., 1962; Гольдберг, 1962).
Природные условия, сложное строение отдельных структур, наличие
крупных сбросов, разломов, развитие карста, пестрая минерализация
170
подземных водит, д. не всегда могут быть представлены в виде простей-
ших типовых схем, и здесь особенно уместно применение моделиро-
вания.
В связи с тем, что в описываемых структурах естественные запасы
подземных вод ограниченны, а естественные ресурсы, как правило, не
покрывают проектной потребности в воде, расчет дебита водозаборов
необходимо производить в условиях неустановившегося во времени дви-
жения с оценкой обеспеченности проектного дебита на весь период
эксплуатации.
Как для предварительной, так и для окончательной оценки
эксплуатационных запасов в таких сложных условиях необходимо сов-
местное применение гидравлического, гидродинамического и балансо-
вого методов.
В связи с резкой фильтрационной неоднородностью водоносных
пластов и трудностью усреднения расчетных параметров особое значе-
ние в этих условиях приобретают опытные работы, особенно групповые
опытно-эксплуатационные откачки, на основе которых определяется раз-
витие депрессионной воронки во времени по соответствующим форму-
лам гидродинамики. Должны быть произведены также поверочные
расчеты балансовыми методами (оценка естественных запасов и ресур-
сов подземных вод).
Если учесть, что на многих структурах уже проведены гидрогеоло-
гические съемки в масштабах 1:500 000, 1:200 000 и крупнее, можно
до начала полевых работ по имеющимся материалам произвести схема-
тизацию гидрогеологических условий, выделить наиболее перспектив-
ные для водоснабжения площади, приближенно определить основные
расчетные параметры и произвести ориентировочную оценку эксплуата-
ционных запасов.
Следовательно, на отдельных, уже достаточно изученных, струк-
турах нецелесообразно проводить работы в три стадии (поиски, пред-
варительная разведка, детальная разведка) и можно ограничиться
либо двумя последними стадиями, либо просто детальной разведкой.
И только на слабо изученных структурах целесообразно вести иссле-
дования по всем трем стадиям.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Поисковые работы проводятся на слабо изученных структурах для
выяснения их геологического строения и гидрогеологических особенно-
стей, предопределяющих условия распределения запасов подземных вод
Основной задачей при этом являются поиски наиболее водообильных
участков и зон, перспективных для удовлетворения заявленной потреб-
ности в воде. Основными видами работ при поисках являются гео-
физические исследования и гидрогеологическая съемка в масштабе
I : 50 000 и в отдельных случаях 1 : 25 000. Масштаб съемки выбирается
исполнителем в зависимости от имеющихся материалов. Как показы-
вает опыт разведки, при поисках водообильных зон в описываемых
структурах наиболее эффективны геофизические методы: электропрофи-
лирование и вертикальное электрозондирование. При помощи этих
методов поисков с высокой точностью в плане оконтуриваются зоны
наибольшей трещиноватости и обводненности пород, т. е. выделяются
наиболее перспективные участки. Геофизические исследования должны
быть проведены до начала буровых работ с тем, чтобы заранее наметить
места заложения поисковых скважин. Эти скважины должны за-
кладываться для проверки и уточнения данных геофизических исследо-
ваний и последующего выделения участков под предварительную или
детальную разведку.
171
При небольших размерах структур (до нескольких сотен квадрат-
ных километров) съемкой должна быть покрыта вся площадь. При
значительных размерах структуры съемку целесообразно вести на наи-
более водообильных участках с захватом прилегающих областей пита-
ния и разгрузки.
Поисковые скважины целесообразно располагать по профилям:
вкрест простирания и по простиранию пород, для получения наиболее
полной характеристики изменения минерализации и фильтрационных
свойств пород по площади и с глубиной. Расстояния между скважинами
и профилями определяются степенью изученности территории и обычно
составляют от 1—2 до 5—6 км.
Для предварительной оценки степени водообильности водоносного
горизонта на различных участках из всех пробуренных скважин произ-
водятся пробные откачки при одном максимально возможном пониже-
нии уровня продолжительностью 1—2 суток и определяются расчетные
параметры.
В процессе бурения скважин обязательно проводится зональное
опробование водоносного горизонта для получения сравнительной харак-
теристики качества воды на различных участках структур и предва-
рительного определения мощности зоны пресных вод. Для определения
степени изменения фильтрационных свойств пород с глубиной и
установления границы пресных и соленых вод в скважинах целесооб-
разно использовать метод резистивиметрии.
На этой стадии должно быть начато изучение режима подземных
вод: колебаний уровня, температуры, изменения химизма.
Во время съемки обязательно должны быть собраны сведения о
режиме эксплуатации на действующих водозаборах (дебиты, изменения
уровня, минерализации) по всем эксплуатирующимся скважинам и
определены расчетные параметры. На тех структурах, где стадия поис-
ков исключается, сбор сведений по действующим водозаборам произ-
водится на стадии предварительной разведки.
В результате поисковых работ производится ориентировочная
оценка эксплуатационных запасов и выделяются под предварительную
разведку перспективные участки.
Основная задача предварительной разведки на описываемых струк-
турах заключается в выявлении потенциальных эксплуатационных
запасов с тем, чтобы можно было однозначно решить вопрос: удовлетво-
рит ли выбранный участок заявленную потребность в воде или даль-
нейшее ведение работ на нем нецелесообразно. Для этого на стадии
предварительной разведки следует тщательно изучить условия питания
и разгрузки, количественно определить естественные запасы и ресурсы
и произвести предварительную оценку эксплуатационных запасов на
выделенном участке.
Учитывая сложную гидрохимическую обстановку в описываемых
структурах, необходимо организовать тщательное изучение химического
состава подземных вод с тем, чтобы оконтурить в плане зону пресных
вод для окончательного выбора участка под детальную разведку. Кроме
того, следует организовать тщательное изучение зон тектонических
нарушений, так как они могут быть участками подтока соленых вод с
глубины.
Характерной особенностью описываемых структур является рез-
кая изменчивость фильтрационных свойств пород в плане, обуслов-
ливающая их весьма неравномерную водообильность, поэтому одним
из важнейших видов работ на этой стадии являются опытные откачки
и резистивиметрия. Не менее важно также тщательное гидрохимическое
опробование водоносного горизонта.
Разведочные скважины следует бурить по профилям вкрест и по
простиранию пластов, что позволит при минимальных разведочных
172
работах установить характерные особенности водоносного горизонта:
изменение мощности по площади и с глубиной, фильтрационных свойств
пород, минерализации, напоров, уклонов. Число профилей по падению
пластов обычно в 2—3 раза превышает число профилей по простиранию
пластов. Как показывает опыт разведки, расстояния между разведоч-
ными скважинами в большинстве случаев составляют 2—4 км и иногда
более, при глубине скважин 100—150 м, и в отдельных случаях до
250 м. Основной целью такого разреженного расположения сети сква-
жин является получение при минимальных затратах наиболее полной
площадной характеристики участка, облегчающей в дальнейшем выбор
места заложения водозабора.
Опытные работы на стадии предварительной разведки заключаются
в проведении зональных опытных откачек и в гидрохимическом опро-
бовании водоносного горизонта, а также в проведении геофизических
исследований (резистивиметрии). Откачки целесообразно проводить при
двух понижениях уровня, с максимально возможной разницей между
понижениями, и общей продолжительностью 4—6 суток.
Если имеющиеся технические средства не позволяют создать боль-
шую разницу между понижениями, то откачка проводится при одном
максимально возможном понижении. Вблизи наиболее водообильных
скважин целесообразно закладывать лучи наблюдательных скважин,
чтобы проследить развитие воронки депрессии. Для избежания излиш-
ней траты средств необходимо прежде всего стремиться использовать
имеющиеся разведочные скважины. Количество специально закладывае-
мых лучей и расстояния между наблюдательными скважинами опреде-
ляются специальными расчетами, изложенными в главе VIII. В резуль-
тате буровых и опытных работ должны быть установлены: характер
изменения минерализации, мощность зоны пресных вод, мощность наи-
более водообильной зоны, характер формирования депрессии и основ-
ные расчетные параметры ( коэффициенты фильтрации, водопроводимо-
сти, пьезопроводимости, уровнепроводимости и удельный дебит). При
помощи геофизических методов должны быть определены интервалы
притока воды в скважины.
Для характеристики обеспеченности эксплуатационных запасов
должны быть определены величины естественных запасов и ресурсов.
Обычно величина питания в описываемых структурах определяется
двумя методами: по инфильтрации атмосферных осадков и по расходу
потока.
В данных условиях величина питания определяется наиболее досто-
верно по инфильтрации атмосферных осадков. В связи с тем, что в
питании в основном участвуют осенне-зимние осадки, необходимо про-
водить снегомерную съемку с последующими наблюдениями за величи-
ной поверхностного стока. Снегомерная съемка проводится перед нача-
лом весенного снеготаяния на типичном для данных условий участке.
Участок выбирается так, чтобы результаты наблюдений можно было
с небольшими поправками распространить на всю площадь питания.
Проведение снегомерной съемки заключается в проведении маршрутов
по профилям (вдоль и поперек выбранного участка) с промером
высоты и плотности снежного покрова и последующим определением
запасов воды в снеге. Учет поверхностного стока производится с момен-
та его возникновения до полного окончания путем измерения расходов
воды в створе, замыкающем водосборную площадь.
Затем производится количественное сопоставление величины весен-
него стока с имевшимися запасами вОды в снеге и определяется вели-
чина инфильтрации снеготалых вод в пределах выбранного участка,
которая с некоторыми поправками распространяется на всю площадь
питания. Для проверки обеспеченности питания во времени необходимо
проанализировать положение года исследований в многолетнем ряду
173
и скорректировать вычисленную величину питания. Этот метод,
разумеется, не является совершенным, так как он не всегда дает точные
результаты из-за весьма ориентировочного определения величины
испарения. Однако в данных условиях этот метод является наиболее
приемлемым.
Для выяснения вопроса о возможной величине подтока вод из
пород, окружающих водоносный горизонт, их водопроницаемость долж-
на быть изучена опытными откачками. Для выяснения условий раз-
грузки следует тщательно изучить связь поверхностных вод с подзем-
ными и организовать наблюдения за колебаниями уровней в реках,
плесах и т. д., а также величиной испарения. Необходимо организовать
тщательные наблюдения за озерами (с пресной и соленой водой), рас-
положенными в пределах описываемых структур и являющимися часто
очагами разгрузки подземных вод. В связи с тем, что отбор больших
количеств воды в описываемых структурах возможен в основном за
счет осушения емкости, т. е. сработки естественных запасов водоносного
горизонта, на этой стадии на исследуемой площади необходимо
определять величину естественных запасов, выражающихся произве-
дением объема водоносного пласта на водоотдачу пород.
При определении величины водоотдачи следует пользоваться
несколькими взаимоконтрольными методами: по опыту эксплуатации
(как отношение объема откачанной воды к объему осушенной породы
с учетом питания), по колебаниям уровня грунтовых вод за счет сработ-
ки естественных запасов (в период прекращения питания), а также по
опытным кустовым откачкам (Биндеман, 1963). Затем величина
естественных запасов сопоставляется с предварительно оцененными
эксплуатационными запасами.
Предварительная стадия разведки завершается сопоставитель-
ными гидродинамическими и технико-экономическими расчетами, на
основании которых выбирается участок (участки) для детальной
разведки.
Основная цель детальной разведки — проведение работ, необходи-
мых для утверждения запасов по высоким категориям, и получение
материалов, достаточных для обоснования проекта строительства или
расширения действующего водозабора. На описываемых структурах
основным видом работ на этой стадии являются опытно-эксплуата-
ционные откачки и зональное гидрохимическое опробование водонос-
ного горизонта. Для этого в наиболее водообильной зоне применительно
к намеченной проектной организацией схеме водозабора бурятся разве-
дочно-эксплуатационные скважины. На многих структурах на стадии де-
тальной разведки водозаборы закладывались в виде линейного ряда
скважин со средним расстоянием между ними около 2 км. Как ужо
отмечалось, расстояние между разведочно-эксплуатационными скважи-
нами должно быть определено исполнителем на основании соответ-
ствующих расчетов.
Для утверждения запасов по высоким категориям в описываемых
структурах необходимо проводить мощные групповые откачки при од-
ном максимально возможном понижении и при постоянном дебите
продолжительностью 1,5—2 месяца. Откачки следует проводить в зим-
ний период, когда водоносный горизонт не получает питания и движе-
ние приближается к установившемуся. Учитывая близкое залегание
водоносного горизонта от поверхности, незащищенность пород и их
закарстованность, следует организовать отвод откачиваемых вод с тем,
чтобы исключить возможность обратной фильтрации в пределах
развивающейся воронки депрессии.
В процессе проведения групповой откачки должна быть выявлена
зависимость дебита от понижения, скорость снижения уровней (темпы
сработки эксплуатационных запасов), скорость развития депрессион-
174
ной воронки и определены величины срезок для расчетов взаимодей-
ствия скважин. По данным групповой откачки определяются основные
расчетные параметры: коэффициенты фильтрации, уровнепроводности,
пьезопроводности.
После прекращения откачек проводятся наблюдения за скоростью
восстановления уровней и уточняются расчетные параметры. На
участке исследований, учитывая сложную гидрохимическую обстановку,
изменение фильтрационных свойств с глубиной, а также необходимость
выявить глубину зоны контакта между пресными и солеными водами,
целесообразно заложить одну глубокую структурную скважину и
произвести зональные откачки и опробование с целью получения мате-
риалов для проведения расчетов о возможности подсоса соленых вод.
Кроме перечисленных основных видов работ на стадии детальной
разведки проводятся те же исследования, что и на стадии предвари-
тельной разведки, но с большей детальностью: гидрохимическое
опробование, резистивиметрия, снегомерная съемка, режимные наблю-
дения, специальные наблюдения за расходом поверхностных водотоков,
расположенных выше и ниже участка опытных откачек.
На этой стадии уточняются величины питания водоносного гори-
зонта. Для определения величины подтока воды из окружающих пород
вдоль по потоку бурятся скважины, которые опробуются, и опреде-
ляются коэффициенты фильтрации, мощность водоносного горизонта,
уклон и расход потока. В тех случаях, когда на исследуемой площади
водоносный горизонт прорезается рекой и существует тесная гидрав-
лическая связь с водоносным горизонтом, должна быть определена
величина паводкового восполнения запасов.
Количество оцененных эксплуатационных запасов, как уже указы-
валось, должно быть скорректировано балансовым расчетом — оценкой
естественных запасов и ресурсов. Кроме того, на этой стадии должна
быть обоснована расчетами неизменяемость качества воды на весь пе-
риод эксплуатации.
ПРИМЕР РАЗВЕДКИ И ПОДСЧЕТА
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Рассмотрим в качестве примера разведку эксплуатационных за-
пасов подземных вод в Сокурской мульде. При описании использованы
материалы Центрально-Казахстанского управления (авторы отчета
И. С. Русанов и др.) и материалы ГКЗ (эксперты Ф. М. Бочевер,
Н. И. Плотников). Разведка осуществлена в две стадии: предваритель-
ную и детальную.
Первая стадия состояла из поисковых работ и предварительной
разведки. На площади около 1000 км2 была проведена комплексная
(гидрогеологическая, геологическая и геоморфологическая) съемка
масштаба 1 : 50 000. При этом были пройдены поисковые, картировоч-
ные, разведочные и наблюдательные скважины и проведены пробные и
опытные откачки, режимные и гидрометрические наблюдения, снего-
мерная съемка, геофизические работы и т. д.
В результате предварительных исследований был выяснен широ-
кий круг вопросов: установлены общие границы мульды, выделены
области питания и разгрузки, выявлены и опробованы все водоносные
горизонты и определена степень их водообильности. Затем исследова-
тели выделили перспективный водоносный горизонт и по результатам
опытных откачек разделили его на участки, различные по водообиль-
ности, а также оконтурили наиболее водообильную зону (с дебитом
скважин более 10 л/сек).
В результате гидрохимического' опробования было установлено,
что в мульде развиты как пресные, так и соленые (минерализация от
175
2—5 до 12—42 г/л) воды. По данным опробования составлены гид-
рохимические карты и разрезы с выделением зон по степени минерали-
зации и типам вод. В итоге авторы выделили зону развития пресных
вод, имеющую практическое значение для водоснабжения.
В процессе работ проводились режимные наблюдения и было
установлено, что питание происходит в основном за счет инфильтрации
осенне-зимних осадков на площадях выхода водовмещающих пород на
дневную поверхность; разгрузка же осуществляется путем подземного
стока в сторону соседней Михайловской мульды и испарения в местах
выхода водоносного горизонта на поверхность. Зоны питания и раз-
грузки были оконтурены и нанесены на карту.
Величина питания (естественные ресурсы) для взаимного контроля
определялась двумя методами: по величине инфильтрации и по рас-
ходу потока. Для определения величины питания за счет поглощения
снеготалых вод проведены снегомерная съемка и наблюдения за режи-
мом подземных вод. Средняя величина ежегодного пополнения подзем-
ных вод оказалась равной 100 л!сек, при среднем значении коэф-
фициента инфильтрации 0,17 (определялся на основании данных об
испарении и поверхностном стоке).
Величина питания определялась также по расходу потока в обла-
сти транзита подземных вод (по формуле расхода потока). Величина
питания по этому расчету составляет около 80 л!сек.
В результате анализа данных в многолетнем ряду было установ-
лено, что в бассейн поступает 70—100 л/сек. Следовательно, получение
400—500 л/сек возможно только за счет осушения емкости бассейна,
т. е. сработки естественных запасов подземных вод, накопившихся за
длительное время. Естественные запасы пресных вод определены
авторами в размере 880 млн. м3 при водоотдаче 0,04 — для централь-
ной части бассейна и 0,03—0,001—для северной и восточной его частей.
Коэффициент водоотдачи определялся различными методами: по
данным откачек, лабораторным путем и по данным режимных наблю-
дений за колебаниями уровня подземных вод.
Для подтверждения реальности получения требуемого количества
воды на весь намечаемый срок эксплуатации и для решения вопроса о
типе водозабора и производительности скважин были проведены
детальные исследования. Для этого на выбранном наиболее водообиль-
ном участке, вытянутом в широтном направлении в центральной части
мульды, пробурены и опробованы разведочные и разведочно-эксплуата-
ционные скважины, проведены наблюдения за режимом подземных
вод и т. д.
В результате работ установлено изменение мощности основного
водоносного горизонта в пределах наиболее водообильной зоны от
200 м в периферийных частях до 400 м в центре.
На основании поинтервального опробования выделена изменяю-
щаяся в вертикальном разрезе зона пресных вод и установлена ее
мощность, которая составила 120—140 м в ее западной части, 250 м — в
центре и 160 м — в восточной части. Анализ условий показал, что наи-
менее благоприятной для водоснабжения является западная часть,
наиболее благоприятной — центральная.
Водоносный горизонт на большей части площади является напор-
ным: величина напоров от 10 до 70 м, с самоизливом в отдельных
скважинах в центре зоны. По данным опытных откачек было установ-
лено убывание водообильности с глубиной и выявлена мощность наи-
более водообильной зоны.
Кроме того, авторы собрали и систематизировали материалы
наблюдений за режимом эксплуатации скважин соседней Михайлов-
ской мульды и сопоставили с полученными в процессе разведки ма-
териалами по Сокурской мульде, сделав вывод об аналогичных усло-
176
виях эксплуатации. Тогда по аналогии с существующим водозабором
в Михайловской мульде была принята линейная схема расположения
разведочно-эксплуатационных скважин в Сокурской мульде. Было
решено заложить водозабор из 10 скважин в центральной части муль-
ды с расстоянием между скважинами около 2 км.
Затем в каждом пункте заложения проектируемых эксплуатацион-
ных скважин были пробурены разведочно-эксплуатационные скважины
и опробованы одиночными, кустовыми и групповыми откачками. Оди-
ночные откачки проводились при трех понижениях уровня (продол-
жительность каждого понижения 8—10 суток). Кустовые откачки про-
водились из наиболее водообильных скважин, их продолжительность
30—67 суток. Групповая откачка производилась с целью определения
степени взаимодействия скважин в период эксплуатации водозабор-
ного сооружения. Откачка велась одновременно из четырех скважин,
общая ее продолжительность около 1,5 месяца.
Б результате проведения откачек были получены основные рас-
четные параметры (удельный дебит, коэффициент водопроводимости,
водоотдача и др.), необходимые для оценки эксплуатационных запа-
сов подземных вод. Максимальные величины дебитов, полученные
при опытных откачках, составили от 7 до 60 л/сек, при понижениях
около 20 м. Удельные дебиты составили 0,3—3 л]сек, коэффициент
фильтрации 0,2—3 м/сутки. Были получены кривые зависимости деби-
тов от понижения.
Кроме того, авторами на исследуемом участке были организованы
длительные наблюдения за развитием депрессионной воронки в центре
участка под влиянием самоизлива из пробуренных скважин. Было
установлено, что при расходе скважин около 50 л/сек происходит
медленная сработка естественных запасов. Так, за пятилетний период
наблюдений в центральной части депрессионной воронки величина
сработки уровней составила 3—4 м, а радиус депрессионной воронки
достиг 2,5 км.
Эксплуатационные запасы подсчитаны применительно к выбранной
схеме водозабора как сумма максимальных производительностей экс-
плуатационных скважин, с учетом их взаимодействия и сработки
естественных запасов, и составляют около 500 л/сек. Расчеты проведены
по формулам неустановившегося движения.
Фактические дебиты 10 скважин, полученные при откачках, с
учетом поправок на несовершенство скважин и их взаимодействие,
утверждены ГКЗ по кат. А. Разность между расчетными дебитами
(полученными при экстраполяции величин понижения в 2—3 раза)
и фактическими дебитами отнесена к кат. В. К кат. Ci отнесены запасы,
соответствующие разности между расчетными дебитами тех же скважин
при максимально возможных понижениях уровня (на половину вскры-
той мощности водоносного горизонта, но не глубже 120 м от поверх-
ности земли) и запасами категорий А + В. Учитывая, что дебит водо-
забора в основном обеспечивается естественными (емкостными) запа-
сами и эксплуатация будет происходить в условиях неустановившегося
движения, авторы делают расчеты дополнительного снижения уровня
за весь срок (25 лет) эксплуатации и вносят соответствующие поправки,
несколько сокращая ранее определенные дебиты.
Кроме того, авторы проанализировали материалы эксплуатации
соседней Михайловской мульды и также пришли к выводу о реальности
подсчитанных эксплуатационных запасов в Сокурской мульде, которая
находится в аналогичных гидрогеологических условиях, При суммар-
ном водоотборе около 200 л/сек в Михайловской мульде уровень еже-
годно снижается примерно на 1 м. Если даже принять прямую про-
порциональность снижения уровня от времени, то для Сокурской
мульды при дебите, в 2 раза большем, будет иметь место дополнитель-
12 Зак. 627	177
ное снижение уровня за 25 лет на 30—35 м, т. е. допустимые пониже-
ния уровня не будут превзойдены.
С целью проверки обеспеченности эксплуатационных запасов
авторы произвели сопоставление величины этих запасов с величиной
естественных запасов и установили, что за 25-летний период эксплуата-
ции будет извлечено не более 40% имеющихся естественных запасов
подземных вод, т. е. подсчитанные эксплуатационные запасы вполне
обеспечены. Кроме того, учитывая ежегодное пополнение запасов за
счет инфильтрации атмосферных осадков в размере 70—100 л) сек про-
цент извлечения естественных запасов сократится до 30—35%. Авторы
пришли к выводу, что практически получение 500 л)сек следует считать
вполне возможным.
Достоинства и недостатки выполненной работы сводятся к следую-
щему.
1.	Для оценки эксплуатационных запасов подземных вод в слож-
ных гидрогеологических условиях первостепенное значение приобретает
опыт эксплуатации. Очевидно, правильным было решение собрать и
систематизировать материал по эксплуатации соседней аналогичной
мульды. Не менее важное значение в этих условиях имеют данные
откачек. Большая часть пробуренных скважин была опробована опыт-
ными и пробными откачками.
2.	В сложных гидрогеологических условиях эксплуатационные за-
пасы по высоким категориям могут утверждаться только по данным
мощных групповых откачек. Авторы наиболее полно опробовали все
разведочно-эксплуатационные скважины (одиночные, кустовые и груп-
повые откачки), в результате чего было получено 50% проектной
производительности водозабора. Откачки по длительности и тщательно-
сти выполнения вполне отвечали предъявляемым требованиям и служили
надежной основой для оценки эксплуатационных запасов. В описывае-
мых условиях необходимы наблюдения за динамикой снижения уров-
ней, так как они позволяют судить о возможных понижениях уровней
в период эксплуатации.
3.	Исследователи ежегодно производили одновременный замер
уровней подземных вод во всех скважинах и составляли карты гидро-
изогипс (изопьез) водоносного горизонта. В итоге была установлена
медленная сработка естественных запасов, выражающаяся в небольшом
понижении пьезометрической поверхности водоносного горизонта под
влиянием самоизлива. Общее количество запасов в таких сложных
условиях должно корректироваться балансовым расчетом — оценкой
естественных запасов и ресурсов. В этом случае правильным решением
явился расчет естественных запасов подземных вод и величины питания
как источников обеспеченности эксплуатационных запасов будущего
водозабора.
4.	Главной проблемой при сложных гидрохимических условиях
описываемого типа структур является выяснение возможности извле-
чения оцененных эксплуатационных запасов подземных вод без ухуд-
шения их качества. Поэтому авторы с начала разведки организовали
тщательные наблюдения за химическим составом воды, подробно изу-
чили гидрохимическую обстановку в районе и пришли к выводу о
необходимости оставлять «целики» пресных вод между забоем сква-
жин и границей раздела пресных и соленых вод для предотвращения
возможного ухудшения качества пресных вод за счет подтягивания
соленых. Предусмотрено оставление охранных целиков из пресных вод
мощностью 20 м во всех скважинах.
Место заложения водозабора выбрано правильно: скважины рас-
полагаются на участке с наибольшей водопроницаемостью пород и в
наиболее значительной по мощности зоне пресных вод. Кроме того,
178
скважины будут значительно удалены от границ раздела пресных и
соленых вод в плане.
Среди отмеченных недостатков основным является длительный
(7 лет) срок разведки и в ряде случаев — излишняя детальность,
приведшая к удорожанию работ.
Схема водозабора выбрана по аналогии и не обоснована технико-
экономическим расчетом. Выбранный вариант водозабора не является
единственно возможным и поэтому следовало рассмотреть и другие
варианты (кольцевая батарея, линейный ряд из большего количества
скважин при меньшей глубине) и произвести сопоставительные гидро-
динамические и технико-экономические расчеты. Только после этих рас-
четов следовало приступать к детальной разведке и, в частности, к
бурению разведочно-эксплуатационных скважин.
Глава XIV
ТРЕЩИННЫЕ ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ
ИЗВЕРЖЕННЫХ ПОРОД
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ТРЕЩИННЫХ ГРУНТОВЫХ ВОД ИЗВЕРЖЕННЫХ
ПОРОД
Трещинные грунтовые воды содержатся в верхней наиболее
трещиноватой зоне изверженных (интрузивных и эффузивных) пород.
В горноскладчатых областях трещинные воды встречаются в пре-
делах распространения интрузивных массивов и покровах эффузивных
пород.
Интрузивные породы обычно обладают небольшой водообильностью
и используются чаще для мелкого рассредоточенного водоснабжения.
В отдельных случаях, когда мощность и водопроницаемость обводнен-
ной трещиноватой зоны значительна, а условия возобновляемости их
естественных ресурсов благоприятны, трещинные грунтовые воды инт-
рузивных пород могут быть использованы для крупного водоснабжения.
Эффузивные породы обладают значительной водообильностью.
Мощные потоки трещинных грунтовых вод формируются в покровах
и отдельных пластах четвертичных и плиоценовых лав, в районах новей-
шего вулканического нагорья Армении и других местах. Они характери-
зуются интенсивной циркуляцией подземных вод по крупным трещинам
в лавах и концентрированной разгрузкой в виде крупных нисходящих
родников. Однако опыта разведки эксплуатационных запасов трещин-
ных 'вод лавовых потоков не имеется; они обычно используются путем
коаптирования отдельных родников. Поэтому в данном методическом по-
собии методика поисков и разведки трещинных вод эффузивных пород
не рассматривается.
В платформенных областях трещинные грунтовые воды приурочены
к древним кристаллическим массивам (Украинский, Карело-Финский).
Они широко используются для рассредоточенного водоснабжения. Вмес-
те с тем в отдельных благоприятных условиях они могут обеспечить во-
доснабжение с расходами водозаборов в несколько десятков литров в се-
кунду.
Наибольшей трещиноватостью отличаются кристаллические породы,
залегающие в долинах рек. Здесь с помощью инфильтрационных водо-
заборов можно получить значительное количество воды, которое может
обеспечить крупное водоснабжение. Условия накопления и движения
подземных вод в трещиноватых породах в значительной мере зависят от
количества и размера трещин и степени кольматации последних. Эти
факторы определяют также и взаимосвязь подземных вод отдельных тре-
щин между собой.
Трещиноватость описываемых пород обусловливается в основном
тектоникой района и процессами выветривания. Особенности трещинова-
тости пород зависят от их петрографического состава, возраста, а также
рельефа местности и ряда других причин.
180
Распределение трещин в породах в одних случаях бывает без види-
мой закономерности, а в других отмечается их ориентированность в тех
или иных направлениях. В верхней зоне трещиноватых пород трещины
обычно связаны между собой, и трещинные воды, как правило, образуют
здесь единую гидровлическую систему.
В вертикальном направлении происходит постепенное затухание тре-
щиноватости, которая в различных породах и в различных геологи-
ческих условиях распространяется на различную глубину. Но, как пра-
вило, зона трещиноватости пород, в которой может происходить актив-
ная циркуляция подземных вод, обычно не превышает 100—120 м. Ис-
ключение составляют зоны крупных тектонических нарушений, уходя-
щие иногда на большую глубину.
Питание трещинных грунтовых вод происходит за счет атмосферных
осадков на большей части площади распространения водоносного го-
ризонта. В пределах этой площади происходит их дренирование речными
долинами. Это способствует усиленному водообмену трещинных вод,
благодаря чему степень минерализации их обычно незначительная.
В районах с недостаточным увлажнением часто 'встречаются тре-
щинные воды с повышенной минерализацией, непригодные для питьевого
водоснабжения. Это обстоятельство усугубляется в тех случаях, когда
трещинные водоносные горизонты покрыты водонепроницаемыми поро-
дами и область питания их атмосферными осадками значительно умень-
шается.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
В условиях трещинных грунтовых вод в связи с неоднородностью
фильтрационных свойств пород в плане и разрезе расчет эксплуатацион-
ных запасов подземных вод проводится гидравлическими методами с
привлечением балансового метода.
Гидравлический метод, основывающийся на данных опытных отка-
чек, дает возможность установить зависимость дебита от понижения
и выяснить характер взаимодействия скважин при групповых откачках.
Пользуясь этими данными, можно определить эксплуатационные запасы
подземных вод и рассчитать возможные понижения уровня в скважинах
для проектируемых эксплуатационных дебитов.
В безнапорных грунтовых водах теоретически зависимость пониже-
ния от дебита является параболической. Однако в трещиноватых поро-
дах, где водонепроницаемость обычно уменьшается с глубиной, пони-
жение уровня грунтовых вод при увеличении дебита будет расти быст-
рее, чем это было бы в породах с одинаковой водонепроницаемостью.
Поэтому, определение эксплуатационного понижения путем экстрапо-
ляции данных опытных откачек в условиях трещинных грунтовых вод
может дать завышенные дебиты. В этих случаях рекомендуется прово-
дить зональные опытные откачки и организовать исследования водо-
проницаемости по вертикали методом резистивиметрии.
Для установления восполняемости эксплуатационных запасов необ-
ходимо определить естественные ресурсы подземных вод по величине
питания водоносных горизонтов атмосферными осадками, методом расч-
ленения гидрографа общего стока реки или гидрогеологическими мето-
дами путем определения величины подземного стока.
Водозаборы в трещинных грунтовых водах изверженных пород це-
лесообразно располагать возле реки. В этих условиях очень часто непо-
средственно на кристаллических породах залегают аллювиальные отло-
жения различной мощности, определяющие связь водоносного горизонта
кристаллических пород с поверхностными водами. Когда аллювиальные
отложения сложены водоупорными суглинками или глинами, трещинные
грунтовые воды приобретают напор.
181
Если трещинные грунтовые воды обладают хорошей гидравличес-
кой связью с поверхностными водами и атмосферой, а водозабор распо-
ложен на небольшом расстоянии от реки, то привлекаемые запасы по-
верхностных вод могут полностью компенсировать отбираемую при экс-
плуатации водозабора воду, и тогда устанавливается стационарный ре-
жим фильтрации.
Определение эксплуатационных запасов трещинных вод произво-
дится гидравлическими методами, с оценкой производительности сква-
жин по данным опытных и опытно-эксплуатационных откачек. В этом
случае в наибольшей мере учитывается неоднородность пласта.
Расчет понижения уровня s в скважине или системе взаимодейст-
вующих скважин, состоящих из п скважин, по данным опытных и опыт-
но-эксплуатационных откачек, ведется по следующей формуле:
л—1
s = s0+2«p	(XIV, 1)
z = l
где s — полное понижение уровня воды в скважине, м\
So — понижение уровня, которое будет получено при откачке из од-
ной скважины с эксплуатационным расходом Qo, (определяется
по кривой дебита), без учета влияния взаимодействующих сква-
жин, м\
St — понижение уровня (срезка) в рассматриваемой скважине, при
откачке из i-й взаимодействующей с ней скважины с соответ-
ствующим эксплуатационным расходом Q;'
п
Z Si — сумма срезок в рассматриваемой скважине под влиянием
всех совместно работающих скважин.
Срезки от опробованных скважин, включенных в схему водозабора,
определяются опытным путем. Срезки от проектных скважин водозабо-
ра определяются интерполяцией.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Описание методики гидрогеологических исследований трещинных
грунтовых вод изверженных пород дается для условий, когда водозабор
предполагается расположить в долине реки, так как только в этом слу-
чае наиболее вероятна возможность обоспечения крупного водоснабже
ния за счет трещинных вод изверженных пород.
В процессе гидрогеологических исследований для оценки эксплуа-
тационных запасов трещинных грунтовых вод необходимо выяснить:
1) глубину залегания кровли изверженных пород, мощность трещи-
новатой зоны, изменение трещиноватости по вертикали и ее водопрони-
цаемость;
1	2) распространение, мощность и фильтрационные свойства аллю-
виальных отложений, покрывающих изверженные породы, и характер
гидравлической связи подземных вод аллювиальных отложений с тре-
щинными водами кристаллических пород;
3)	условия связи трещинных грунтовых вод с поверхностными во-
дами и влияние на нее режима поверхностного стока;
4)	качество трещинных и аллювиальных грунтовых вод;
5)	расходы реки, ее уровни, качество воды в реке, количество взве-
шенных наносов;
6)	расположение участков с повышенной трещиноватостью пород;
7)	обеспеченность инфильтрационного водозабора в заявленном ко-
личестве воды.
Для решения перечисленных выше задач необходимо проведенис-
гидрогеологической съемки, буровых работ, геофизических опытных и
182
гидрологических исследований, объем и характер которых определяются
степенью изученности территории, сложностью природных условий, ста-
дией исследований и потребным количеством подземных вод для водо-
снабжения.
Гидрогеологические исследования на стадии поисков заключаются
в проведении гидрогеологической съемки масштаба 1 : 25 000—1 : 50 000
и обобщении данных по действующим водозаборам, если таковые име-
ются на территории съемки или вблизи ее границ. Выбор масштаба гид-
рогеологической съемки зависит от общих природных условий района.
Перед началом гидрогеологической съемки собираются сведения
по всем пробуренным на данной территории скважинам, что дает воз-
можность выделить районы, слабо изученные в геологическом и гидро-
геологическом отношении.
В долинах рек изверженные породы обычно перекрыты довольно
мощной толщей аллювиальных отложений, поэтому целесообразно в ком-
плекс с гидрогеологической съемкой проводить геофизические исследо-
вания (электропрофилирование и электрозондирование). Эти работы
дают возможность определить мощность аллювиальных отложений и на-
метить перспективные участки для заложения буровых скважин, чем дос-
тигается значительная экономия средств и времени.
Бурение скважин в изверженных породах проводится колонковым
способом. Скважины закладываются по поперечникам, идущим перпен-
дикулярно к водотоку. Они углубляются п изверженные породы на глу-
бину, которая определяется мощностью зоны распространения трещино-
ватости пород. Бурение всех скважин должно сопровождаться комплек-
сом геофизических каротажных работ, которые позволяют выделить бо-
лее трещиноватые зоны и изучить степень кольматации трещин.
Для изучения степени водообильности трещиноватых пород из всех
пробуренных скважин производятся кратковременные пробные откачки,
в процессе которых отбираются пробы воды для изучения ее химического
состава и бактериологических свойств. Ориентировочно мощность зоны
активной трещиноватости пород может быть определена по наблюде-
ниям за выходом керна и потерями промывочной жидкости при бурении.
В период гидрогеологической съемки должны быть организованы
наблюдения за режимом подземных вод, что имеет большое значение
для оценки их питания атмосферными осадками. Эти наблюдения необ-
ходимо продолжить и на последующих стадиях. Необходимо также ор-
ганизовать работы по изучению режима реки: наблюдения за расходом,
уровнями воды, продолжительностью меженного периода, паводка, хими-
ческого состава и мутности воды в различные периоды года.
При проведении гидрогеологической съемки следует изучить усло-
вия взаимосвязи трещинных вод с водами аллювиальных отложений и
с поверхностными водами, выявить участки, на которых отсутствуют во-
доупорные перекрытия и имеется непосредственная связь между трещин-
ными водами изверженных пород, аллювиальными и поверхностными
водами.
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод в районах
проектируемых инфильтрационных водозаборов выяснение характера
взаимосвязи подземных и поверхностных вод, учет кольматации и заи-
ления русла реки, изучение гидрологического режима реки, определяю-
щего условия восполнения эксплуатационных запасов подземных вод,
являются наиболее актуальными задачами.
Кольматация пород в русле водотока или его заиление оцениваются
путем определения фильтрационного сопротивления, отмечаемого в рус-
ле реки при разгрузке подземных вод в реку или питании подземных
вод поверхностными водами. Методика оценки величины сопротивления
по режимным наблюдениям за подземными водами рассмотрена в ра-
боте В. М. Шестакова (1965). Наблюдения за режимом подземных вод
183
при изучении кольматации или заиления русла необходимо организовать
на таких участках речных долин, где аллювиальные отложения русла
характеризуются относительной однородностью и относительно высокой
водопроницаемостью.
Наблюдательные скважины (в количестве 3—4) размещаются по
створам, расположенным перпендикулярно руслу реки. Расстояние бли-
жайшей к реке скважины должно составлять около 1,0—1,5 мощности
водоносного аллювиального горизонта. Самая дальняя от реки скважи-
на закладывается на таком расстоянии, чтобы колебание воды в ней сос-
тавляло не менее 0,2 амплитуды соответствующих колебаний воды в ре-
ке. Расстояние третьей скважины не должно превышать 50—60 м от рус-
ла реки. При небольшой ширине реки целесообразно заложить одну наб-
людательную скважину вблизи русла на противоположном берегу реки.
Для наблюдения за колебанием уровня воды в реке необходимо органи-
зовать гидрометрический пост на линии створа.
Из всех наблюдательных скважин проводится откачка для опре-
деления фильтрационных свойств водовмещающих пород, а из сква-
жины, расположенной в 50—60 м от береговой линии- необходимо про-
извести опытную откачку продолжительностью 5—6 суток при понижении
на несколько метров для оценки величины фильтрационного сопротив-
ления русловых отложений.
Наблюдения за уровнем воды производятся 5—6 раз в месяц, а при
резких колебаниях уровня воды в реке — ежедневно.
При затрудненной гидравлической связи подземных и поверхност-
ных вод большое значение имеет оценка условий и масштабов пополне-
ния запасов трещинных вод из аллювиальных отложений, которые ак-
кумулируют значительные запасы воды при затоплении пойменных тер-
рас в паводок. Для этого необходимо при производстве откачек из во-
доносного горизонта трещиноватых пород, вести наблюдения за изме-
нением уровня воды в аллювиальных отложениях, что дает возможность
судить о характере их взаимосвязи.
В этом случае необходимо организовать наблюдения за режимом
подземных вод в районе затопления пойменных террас во время павод-
ков. В каждом из створов закладывается по нескольку наблюдательных
скважин, которые должны располагаться как в затопляемой, так и в не-
затопляемой части долины. В затопляемой части пойменной террасы нео-
бходимо оборудовать не 'менее двух скважин: одну на расстоянии 20—
30 м от уреза реки, а другую в 25—50 м от границы затопления. Затруб-
ную часть всех скважин необходимо затампонировать глиной, чтобы изо-
лировать водоносный горизонт от проникновения поверхностных вод че-
рез затрубное пространство. В пределах незатопляемой части поймы и
на надпойменной террасе или на коренном берегу закладывается еще
по одной наблюдательной скважине.
Опробование скважин и наблюдение за уровнем воды в них анало-
гичны предусмотренным при узучении кольматации русла реки.
Если на территории съемки или в ближайших районах от нее име-
ются водозаборы, использующие трещинные воды изверженных пород,
необходимо собрать по ним все имеющиеся сведения (количество эксплу-
атационных скважин, их дебиты, понижения уровней в процессе эксплу-
атации водозабора и пр.). Если на водозаборе не организованы система-
тические наблюдения за режимом подземных вод, необходимо их орга-
низовать в соответствии с требованиями, изложенными в главе IX. Эти
наблюдения следует продолжать и на последующих стадиях гидрогео-
логических исследований.
В период предварительной разведки выполняются исследования,
целью которых является окончательный выбор наиболее благоприятного
участка (или участков) для проведения детальной его разведки под во-
дозабор по схеме, выбранной и согласованной с проектной организацией.
184
Для выполнения задачи на стадии предварительной разведки продолжа-
ются работы, начатые на поисковой стадии: бурение скважин, геофизи-
ческие, опытные, гидрологические исследования и режимные наблю-
дения.
Количество закладываемых буровых скважин и расстояния между
ними должны быть определены в каждом конкретном случае в зависи-
мости от сложности природных условий. По данным работ, проводимых
на стадии предварительной разведки, необходимо уточнить теологичес-
кое строение участков и их гидрогеологические условия.
Опытные откачки продолжительностью 2—3 суток проводятся из
всех скважин для определения зависимости дебита от понижения и филь-
трационных свойств пород. Для изучения изменения водопроницаемости
аллювиальных отложений и трещиноватой зоны изверженных пород
проводятся каротаж скважин и зональные откачки.
На выбранном в результате предварительной разведки наиболее
перспективном участке (или участках) проводится детальная разведка
применительно к намеченной схеме водозабора. Она заключается в буре-
нии разведочно-эксплуатационных скважин и их опробовании. Боль-
шинство буровых скважин при детальной разведке бурятся таким диа-
метром, чтобы в дальнейшем их можно было бы использовать как экс-
плуатационные. Количество разведочно-эксплуатационных скважин оп-
ределяется тем, что их суммарный дебит должен быть не менее 40—45%
дебита проектируемого водозабора. Закладываемые разведочно-эксплу-
атационные скважины должны находиться вне зоны затопления.
Из всех разведочно-эксплуатационных скважин проводятся опытные
и групповые откачки для построения кривых дебита, определения коэф-
фициентов фильтрации и величины срезок во взаимодействующих сква-
жинах, а также отбираются пробы воды для определения их химичес-
кого состава и санитарно-бактериологического состояния.
При вскрытии скважинами вод с повышенной минерализацией при
групповых откачках необходимо вести тщательное наблюдение за изме-
нением минерализации во всех взаимодействующих и наблюдательных
скважинах.
Для построения кривых дебита трещинных вод необходимо, чтобы
максимальный дебит при опытной откачке составлял 65—70% того де-
бита, при котором предполагается эксплуатировать скважину.
Пример. Для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения
одного из городов Украинской ССР была произведена разведка подзем-
ных вод, потребность в которых 'составляла на 1965 г. 6,4 тыс. м/сутки,
на 1970 г. 14,8 тыс. м/сутки и на перспективу 25 тыс. м^сутки (авторы
отчета А. Г. Клыков и Ж. П. Жданова).
Район исследований, расположенный в пределах Приднепровской
правобережной возвышенности, с севера на юг пересекается долиной ре-
ки. По данным наблюдений за режимом реки, проводящимся в 20—25 км
выше объекта водоснабжения, расход реки изменяется от 0,05 до
21,7 MpjceK-, средний многолетний расход реки составляет 0,42 м^/сек.
По имеющимся гидрогеологическим картам масштаба 1:200 000—
1:500 000 под разведку были намечены три участка, расположенные в
долине реки (рис. 30).
Район работ приурочен к центральной части Украинского кристал-
лического массива. Выбранные участки в основном сложены породами
кристаллического фундамента и рыхлыми образованиями четвертичного
возраста. Отложения мела, палеогена и неогена, вскрываемые скважи-
нами на водораздельных пространствах, в долине реки полностью раз-
мыты.
В гидрогеологическом отношении основное значение имеют водо-
носные горизонты, приуроченные к трещиноватой зоне кристаллических
пород. Аллювиальный водоносный горизонт распространен на всех уча-
185
стках, ио практическое значение для централизованного снабжения он
не имеет.
Водоносный горизонт, приуроченный к трещиноватым кристалли-
ческим породам, приобретает значение в зоне усиленной трещиновато-
Г • I? I -° [Ю
Рис. 30. План расположения скважин, обосновываю-
щих категории запасов
1 — скважины, обосновывающие запасы кат.
2 —'скважины, обосновывающие запасы
В; 3 — скважины, обосновывающие за-
кат. Ci; 4 — скважины, не включенные
в подсчет запасов
А;
кат.
пасы
сти, которая приурочена к долине
реки, где и расположены все три
участка. Участки занимают расстоя-
ние около 16 км; границы между
ними проведены условно, так как
они по существу являются продол-
жением один другого.
В период работы на каждом
участке были выполнены деталь-
ные гидрогеологические съемки и
составлены карты масштабов
1:20 000—1:10 000. В пределах
района пробурены разведочные, раз-
ведочно-эксплуатационные и наблю-
дательные скважины. Проведены
опытные одиночные откачки (одна
спаренная и одна групповая проб-
но-эксплуатационная откачка), на-
блюдения за режимом подземных
вод, значительный объем лабора-
торных определений химического со-
става подземных вод и геофизиче-
ские исследования.
Распределение объема работ
по каждому участку приведено
в табл. 23.
Водоносный горизонт, приуро-
ченный к трещиноватой зоне кри-
сталлических пород, был вскрыт
всеми пробуренными скважинами.
Кристаллические породы вскрыты
на глубинах от 6—9 до 68 м. Мощ-
ность наиболее трещиноватой зоны
кристаллических пород, распро-
страненная по отдельным скважи-
нам до глубины 150 м, принята за
мощность водоносного горизонта.
Она неравномерная и изменяется
от 15 до 100 м и даже 120 м. Гори-
зонт напорный, высота напора над
кровлей составляет 8,5—22,5 м.
Пьезометрические уровни в сква-
жинах устанавливаются на глубине
26 м ниже и 1,4 м выше поверхно-
сти земли. Водоносный горизонт пе-
рекрыт слабо проницаемыми про-
дуктами разрушения кристалличе-
размыта в долинах рек, что
ских пород мощностью от 6 до 44 м.
Эта слабо проницаемая толща не
имеет сплошного распространения;
обеспечивает связь трещинных вод
она
с вышележащим водоносным горизонтом в аллювиальных отложениях
и поверхностными водами.
Дебиты скважин, 'использованные при подсчете запасов подземных
186
Таблица 23
Участки	Площадь участков, км2	Количество скважин, пройденных на водоносный горизонт в трещиноватой зоне кристаллических пород			Откачки	
		разведочных	разведочно- эксплутацион- ных	наблюдатель- ных	опытные	групповые
I	14,7	17			20	
II	37,2	36			13	50	1
III	1,2	9	4	—	14	1
вод по первому участку, не превышали 2,6—9,0 л/сек при понижении
уровня в них на 11,0—13,4 м, по третьему участку 2,6—9,3 л/сек при по-
нижейии уровня воды в них на 16,5—20,6 м. При групповой пробно-экс-
плуатационной откачке из пяти окважин на втором участке (309, 320,
316, 313, 327) расположенных вдоль левого берега реки, на расстоянии
500—1500 м друг от друга и 1200—1600 м от реки, был получен суммар-
ный максимальный дебит, равный 38,8 л/сек (3,36 тыс. м?] сутки). Деби-
ты каждой скважины составили соответственно 6,9; 9,3; 6,2; 7,3 и
9,1 л]сек при понижении уровня воды в них соответственно на 25,3; 16,6;
12,9; 15,4 и 29,3 м. Откачка проводилась при стабильном режиме.
Коэффициенты фильтрации, рассчитанные по данным опытных отка-
чек (по формуле Дюпюи), равны 0,1—6,5 м]сутки. Принятые при расче-
тах средние их значения составили для первого участка 0,2—2,8 м)сутки\
для второго 0,2—6,5 м/сутки и для третьего 0,4—1,2 м/сутки. Наблюда-
емая в процессе опытных откачек величина радиуса влияния не превы-
шает 500—600 м.
Для характеристики качества подземных вод проведено большое
количество химических анализов, спектральных, на определение микро-
компонентов, радиоактивных элементов и бактериологические анализы.
Воды кристаллических пород по подавляющему большинству раз-
ведочных скважин имеют слабую минерализацию с сухим остатком от
350 до 700 мг/л и по всем показателям отвечают требованиям ГОСТа.
Лишь отдельные скважины на первом и третьем участках имеют воду
повышенной минерализации—от 1200 до 7000 мг]л. Большинство сква-
жин с повышенной минерализацией очень малодебитны и только три
скважины третьего участка (10, 11 и 12), содержащие воду с сухим ос-
татком 1200—1500 мг/л, включены в подсчет запасов подземных вод.
Из микрокомпонентов изучались: медь, мышьяк, свинец, цинк и
фтор, при этом содержание каждого из них не превышает допустимые
концентрации. Исследования на содержание фенолов не производились,
однако, судя по данным исследования органолептических свойств, фено-
лы в воде отсутствуют.
Поверхностные воды реки опробованы единичными анализами. По
этим данным, вода реки гидрокарбонатно-сульфатная кальциевая с су-
хим остатком от 450 до 600 мг]л\ признаки органического загрязнения
незначительны — содержание аммиака не превышает 0,7—1,3 мг/л.
В результате проведенных работ ‘были подсчитаны и представлены
на рассмотрение ГКЗ эксплуатационные запасы подземных вод по сос-
тоянию на 1 января 1964 г. в следующих количествах (табл. 24).
В основу подсчета запасов подземных вод положены данные по изу-
чению работы существующих водозаборов, а также данные опытных
групповых и одиночных откачек, проведенных в процессе гидрогеологи-
ческих исследований. К кат. А отнесены запасы соответствующие сред-
ней фактической производительности разведочно-эксплуатационных
скважин и суммарная производительность групповой пробно-эксплуа-
Таблица 24
Участки	Водоносный горизонт	Запасы по категориям, тыс. -м3 сутки		
		А	в	с,
I	Трещиноватая зона кристалли-	0,3	2,1	0,6
II	ческих пород То же	3,3	6,8	1,9
III	0	*	—	2,5	0,7
Всего		3,6	11,4	3,2
тационной откачки, к кат. В — запасы, соответствующие суммарной фак-
тической производительности разведочных скважин, полученной при
разновременных опытных откачках, при максимальных понижениях уро-
вней воды в скважинах с учетом их взаимодействия, к кат. Ci —запасы,
рассчитанные по экстраполяции дебитов разведочных скважин на пони-
жения уровней воды в них и в 1,5—2 раза превышающие фактически
достигнутые при откачках.
В обоснование подсчета запасов включены следующие скважины
(табл. 25).	1
Таблица 25
Участки	Запасы по категориям, тыс. м9 сутки		
	А	В	с,
I II	245 309, 313, 316,	245, 247, 249, 292, 343 294, 297, 300, 302, 304,1 306, 307,	249, 292 309, 316, 328,
III	320, 327	308, 310, 314, 315, 318, 319, 321, 324, 325, 326, 328, 329 10, И, 12, 14, 291	329 8, 291
Для проверки реальности подсчитанных запасов подземных вод
и возможности их ежегодного восполнения, авторами произведен под-
счет величины возможного питания водоносного горизонта и общей ве-
личины естественных ресурсов подземных вод по трем методам: по ве-
личине инфильтрации, по модулю подземного стока; по расчленению
гидрографа, т. е. по величине дренируемых рекой подземных вод в пре-
делах исследуемых участков, установленной по увеличению расхода реки
в межень между двумя створами.
По последнему методу, данные которого наиболее обоснованы, ес-
тественные ресурсы трещинных вод разведанных участков равны
9,8 тыс. м31сутки.
Отчет по проведенным работам был представлен на рассмотрение
в ГКЗ. Материалы ГКЗ, по которым приводится данный пример, сос-
тавлены Н. В. Чечулиной. Рассмотрев их, ГКЗ отметило следующее.
1.	Достаточно полно освещены геологическое строение и гидро-
геологические условия всего района и участков водозаборов. Недоста-
точно изучены изменения трещиноватости водовмещающих пород по вер-
тикали, а также мощность, состав и фильтрационные свойства русловых
отложений реки, что имеет большое значение для установления взаимо-
связи подземных и речных вод.
188
2.	Методика гидрогеологических исследований вызывает существен-
ные замечания. Опытные работы проведены без учета установления вза-
имосвязи подземных вод с речными, которые по общим условиям явля-
ются основным источником восполнения подземных вод.
Опыт существующих водозаборов проанализирован недостаточно,
данные по гидрологии реки представлены неполно.
Проведенная групповая опытно-эксплуатационная откачка дает на-
дежные данные для выделения эксплуатационных запасов подземных
вод в рассматриваемых сложных гидрогеологических условиях.
3.	Стабилизация режима подземных вод при откачках, а также наб-
людавшиеся изменения качества подземных вод во время паводков в
скважинах, расположенных вблизи реки, косвенным образом свидетель-
ствуют о наличии непосредственной связи оцениваемого водоносного
горизонта с рекой.
4.	Качество оцениваемых подземных вод в основном отвечает тре-
бованиям ГОСТа к хозяйственно-питьевым водам, за исключением сква-
жин 10, 11, 12 на третьем участке, в которых минерализация воды до-
стигает 1,2—1,5 г/л. Существенным упущением исследований является
отсутствие анализов на содержание фенолов в воде.
5.	В данных условиях авторами правильно принята методика под-
счета запасов подземных вод по результатам проведенных опытных
работ.
Условия восполнения запасов изучены недостаточно, поэтому из об-
щего их количества, как более достоверные, следует выделить запасы,
обеспеченные величиной разгрузки подземных вод в пределах разведан-
ных участков (9,8 тыс. м3/сутки). Из них запасы, обоснованные дан-
ными эксплуатации скв. 245 и результата пробно-эксплуатационной
групповой откачки из пяти скважин, согласно предложению авторов, мо-
гут быть отнесены к кат. А, а остальные, рассчитанные по разности —
к кат. В. Запасы, соответствующие разности между их общим количе-
ством и запасами кат. А + В, в связи с недостаточной надежностью рас-
четов их восполнения, соответствуют кат. Сь
В рассматриваемых гидрогеологических условиях, когда река явля-
ется надежным источником восполнения эксплуатационных запасов, к
кат. А могут быть отнесены запасы, рассчитанные по фактическим деби-
там 50 опытных скважин, относимые авторами к кат. В. Запасы, рас-
считанные по эстраполяции дебитов на большие понижения уровней,
соответствуют кат. В.
Учитывая все изложенное, ГКЗ постановила:
4.	На всех участках пересчитать запасы кат. В по разности между
величиной разгрузки подземных вод в долину реки и запасами кат. А
и внести соответствующие исправления в величину запасов кат. Сь
2.	Утвердить балансовые эксплуатационные запасы подземных вод
для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения города по
разведочным трем участкам, расположенным в долине реки, по состоя-
нию на 1 января 1964 г. в следующих количествах (табл. 26).
3.	Считать возможным проектирование и строительство водозабора
на запасах категорий А и В. Перевод запасов кат. Ci в более высокие
Таблица 26
Участки	Водоносный горизонт	Запасы по категориям, тыс. м9}сутки		
		Л	в	с,
Три участка	Трещиноватая зона кри- сталлических пород	3,6	6,2	8,4
189
категории в пределах этих участков может быть осуществлен в про-
цессе эксплуатации первой очереди водозабора.
4.	Обратить внимание проектирующей организации на необходи-
мость проведения в процессе эксплуатации водозаборов систематических
наблюдений за режимом водозабора (дебитами, уровнями), а также
систематического контроля за бактериологическим состоянием отбира-
емых вод и дополнительных последований подземных вод на содержание
в них фенольных соединений.
5.	При установлении зон санитарной охраны осуществить санитарно-
предупредительные мероприятия, рекомендованные санитарной инспек-
цией.
Глава XV
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЗОН
ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД ЗОН ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ
Подземные воды зон тектонических нарушений представляют
особый интерес для водоснабжения в горноскладчатых районах, где от-
сутствуют выдержанные водоносные горизонты, содержащие значитель-
ные эксплуатационные запасы подземных вод. Зачастую в этих районах
поверхностные водотоки ввиду маловодности не могут быть использо-
ваны как источники водоснабжения. На территории СССР к районам,
где используются подземные воды зон тектонических нарушений, отно-
сятся как древние сильно пенепленизированные районы Урала, Цент-
рального Казахстана, частично низкогорья Средней Азии, так и районы
более молодого горообразования в пределах интенсивно расчлененного
рельефа.
Своеобразие распространения подземных вод в зонах тектонических
нарушений горных районов заключается в том- что на фоне относитель-
но слабо проницаемых пород развиты локальные месторождения под-
земных вод. Зачастую подземные воды этих зон практически являются
единственным источником водоснабжения.
Опыт работ по поискам и разведке подземных вод показал, что
в горных районах могут встретиться локальные обводненные зоны в раз-
нообразных геологических условиях. Выделяются месторождения под-
земных вод, непосредственно связанные с зонами тектонических нару-
шений; обводненные зоны в узких полосах карбонатных пород, зажатые
в результате орогенических процессов среди слоев практически слабо
проницаемых; обводненные 'зоны, приуроченные к стратиграфическим
контактам; периферические участки интрузий, особенно при наличии в
последних тектонических контактов. В районах развития жильных полей
встречаются обводненные зоны, связанные с внутренней тектоникой ин-
трузивных тел.
Такое генетическое разнообразие месторождений подземных вод
в горных районах обязывает гидрогеологов особенно тщательно изучать
тектонику, литологию и геологическую историю района, так как эта фак-
торы в значительной мере определяют условия формирования и накоп-
ления запасов подземных вод.
В ряде работ по Уралу, Средней Азии рассматриваются условия
формирования месторождений подземных вод в зонах тектонических на-
рушений. Так, на Урале Н. Д. Будановым (1963) выделяется несколько
типов зон тектонических разломов, благоприятных для создания запа-
сов пресных вод. Наиболее крупными на Урале являются меридионально
вытянутые зоны разломов, представляющие собою целую серию наруше-
ний того же простарания (например, фронтальная зона складчатых
структур западного склона Урала, зоны Восточного Урала на контакте
с Западно-Сибирской низменностью и др.).
191
Эти зоны имеют 'большей частью ширину порядка нескольких кило-
метров и протяженность несколько десятков километров. Как правило,
наиболее водообильны участки, сложенные известняками, а также ком-
плексом порфирито-туфогенных пород.
Наряду с меридиональными зонами развиты зоны широтного про-
стирания, меньшие по ширине и протяженности, заключенные не столько
в карбонатных, сколько в различных по литологическому составу ком-
плексах осадочных и вулканогенных пород (к месторождениям такого
типа могут быть отнесены Березовское, Кочкарское и др.). Эти место-
рождения обладают меньшими запасами подземных вод.
Кроме систем меридионально и поперечно вытянутых обводненных
зон на Урале отмечаются зоны повышенной водообильности по окраинам
серпентинитовых массивов в кремнистых сланцах, мраморах, по контак-
там габбро-диоритов с диабазами и т. п. (Богомоловская, Высокогор-
ская, Дегтярская, Свердловская и другие зоны).
Для ряда районов Кузнецкого бассейна выделяются слабо обводнен-
ные продольные нарушения, имеющие, как правило, надвиговый харак-
тер и сопровождающиеся трещинами сжатия, залеченными диабазами
(например, надвиг продольного типа в Гурьевском районе), и попереч-
ные нарушения большей частью локальные, имеющие крутое падение,
обычно раскрытые и обводненные. К последним приурочены обильные
источники, особенно в закарстованных зонах.
Приведенные примеры свидетельствуют о необходимости детального
изучения тектонических особенностей районов при поисках подземных
вод, приуроченных к зонам нарушений.
Тектонические зоны повышенной обводненности зачастую выявля-
ются по источникам, выходы которых приурочены к контактам прони-
цаемых пород с практически водоупорными их разностями. Величины
дебитов родников изменяются в широких пределах (от незначительных
до нескольких сотен метров в секунду) в зависимости от размеров тек-
тонической зоны, литологического состава пород и условий питания
этих участков.
В ряде работ Н. И. Плотникова (1957, 1959) рассматриваются гид-
рогеологические особенности эксплуатации подземных вод зон текто-
нических разломов, где такого типа воды отнесены к месторождениям
трещинно-жильных вод.
Отметим наиболее характерные условия залегания месторождений
подземных вод, связанных с зонами тектонических нарушений. Как уже
было сказано, водоносные горизонты имеют локальное распространение,
линейно вытянуты среди поля слабо проницаемых пород. Ширина зон
изменяется в пределах от 500 м до 2—3 км, реже достигает 5—6 км
(например, Джетыгаринская полоса в скальных осадочно-метаморфи-
ческих породах достигает участками до 8 км; Исовская зона в Качка-
нарском районе достигает 5—7 км; в районе Салаира — 5—10 км).
Протяженность зон, как правило, 5—8 км, реже — несколько десят-
ков километров( например, протяженность Миасского разлома около
20 км, Гурьевской зоны — свыше 30 км, Копет-Дагской термальной зо-
ны — несколько сотен километров.
Подземные воды тектонических зон заключены в трещинах, тре-
щинно-карстовых пустотах различных комплексов скальных пород. Наи-
большей водообильностью отличаются карбонатные, часто закарстован-
ные, породы, водопроводимость которых обычно составляет 100—
500 м21сутки, а на отдельных участках достигает 1000 м2]сутки и более.
Меньшей водопроводимостью обладают комплексы интрузивных пород
(водопроводимость их колеблется от 100 до 200 м2]сутки, реже
400 м2/сутки); водопроводимость вулканогенно-метаморфических пород
в зонах тектонических разломов составляет обычно не более 100—
300 м21сутки.
192
Характеристика водопроводимости пород тектонических зон явля-
ется весьма о-средненной, так как при опробовании отмечаются довольно
резкие отклонения от этих средних значений.
В результате проведения большого объема опытных и разведоч-
ных работ установлено, что в водоносных пластах отмечается фильтра-
ционная анизотропия, которая в плане отчетливо проявляется при фор-
мировании депрессионных воронок. Как правило, большая ось депрессии
проходит вдоль простирания тектонической зоны, а меньшая перпенди-
кулярна к простиранию.
Помимо плановой анизотропии наблюдается уменьшение водопро-
ницаемости и с глубиной. Данные разведочных работ показывают, что
при значительных мощностях (порядка нескольких сотен метров) тре-
щиноватых пород в зонах тектонических разломов мощность толщи, об-
ладающей достаточно интенсивной трещиноватостью, составляет в сред-
нем 50—80 м, реже 100 м.
Воды зон тектонических нарушений, как правило, безнапорные и
лишь изредка обладают .сравнительно небольшим (до 10—15 м) напо-
ром, создаваемым чаще всего за счет перекрывающего чехла пород зоны
выветривания. В некоторых случаях зоны тектонических разломов при-
урочены к долинам рек или пересекают последние. При этом тектони-
ческие зоны на отдельных участках перекрываются аллювием и тесно
связаны с заключенными в них подземными водами. Участки зон текто-
нических разломов, связанные с реками, как правило, обладают наи-
большими запасами подземных вод.
Глубина залегания подземных вод в зонах тектонических наруше-
ний обычно невелика и не правышает 10—15 м от поверхности земли.
Основными источниками питания водоносного горизонта являются
атмосферные осадки особенно весенне-зимнего периода, фильтрацион-
ные потоки из рек, озер, прудов, заброшенных карьеров и шахт, боковой
приток из относительно малопроницаемых пород, залегающих по бортам
раздробленных тектонических зон. В некоторых случаях отмечаются вос-
ходящие источники питания, т. е. подпитывание подземных вод подзем-
ными водами больших глубин.
Из этой общей характеристики гидрогеологических условий зон тек-
тонических разломов можно сделать вывод, что естественные запасы
обычно в таких зонах невелики: это связано со сравнительно малой ем-
костью пород и естественные ресурсы поэтому являются основным источ-
ником формирования эксплуатационных запасов. Если обеспеченность
запасов для такого типа месторождений подземных вод определяется
условиями питания и восполнения запасов, то в процессе изысканий осо-
бенно существенно выявление связи с поверхностными водоемами, оп-
ределение величины инфильтрации и бокового притока.
ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Расчет эксплуатационных запасов подземных вод в зонах тектони-
ческих разломов, учитывая неоднородность фильтрационных свойств
пластов как в разрезе, так и в плане, сложное влияние контуров на ди-
намику водозабора целесообразно проводить в основном гидравличес-
ким и балансовым методами (Биндеман, 1963).
При гидравлическом методе путем проведения опытных откачек
устанавливается зависимость дебита от понижения и при проведении
групповых откачек выявляется характер взаимодействия скважин. Это
позволяет оценить величину эксплуатационных запасов участка, прог-
нозировать величину понижения уровня для проектируемых эксплуата-
ционных дебитов.
13 Зак. 627	193
Балансовый метод привлекается для оценки обеспеченности воспол-
нения эксплуатационных запасов, что является особенно существенным
для этого типа месторождений подземных вод, имеющих ограниченную
площадь распространения. При этом для определения величины возмо-
жного восполнения подсчитываются суммарные дебиты родников, выяс-
няется характер весеннего подъема уровня по скважинам, определяется
приращение расходов в реках на участке, пересекающем тектоническую
зону, и используются другие известные методы определения естествен-
ного расхода.
Гидродинамические методы применяются для контроля других ме-
тодов в тех случаях, когда нет уверенности в восполняемости запасов
в процессе эксплуатации, где возможен неустановившийся режим под-
земных вод в процессе эксплуатации водозаборов.
Оценка эксплуатационных запасов требует составления расчетной
схемы, которая отвечала бы образованию эксплуатационных запасов в
природе. Наиболее характерной расчетной схемой, отвечающей чаще
всего условиям распространения подземных вод в зонах тектонических
разломов, является пласт-полоса, т. е. схема, когда на работе водоза-
бора сказывается влияние обеих границ потока. В зависимости от харак-
тера влияния границ здесь может быть выделено несколько случаев.
1. Значительное различие фильтрационных свойств пород тектони-
ческой зоны и бортовых пород (коэффициенты фильтрации отличаются
более чем в 50—100 раз); боковой приток можно не принимать во вни-
мание и считать боковые границы практически непроницаемыми. В этих
условиях движение будет нооить неустановившийся характер; при эксп-
луатации уровень на границах будет понижаться, скорость понижения
уровня будет изменяться по параболической зависимости. Боковой при-
ток, не учитываемый при этом, дает дополнительные эксплуатационные
запасы.
2. Развитие пород, обладающих сравнительно хорошей водообиль-
ностью в одном борту, а водоупорных — в другом. Расчетная схема при
этом представляет собою пласт-полосу с разнородными границами.
В этом случае работа водозабора также будет проходить при неуста-
н овившемся режиме, но снижение уровней окажется при прочих равных
условиях меньше, чем при ограничении водоносной зоны водоупорными
породами.
В тех случаях, когда одна из границ пласт-полосы связана с рекой
или другим водоемом, где будет иметь место постоянный напор, движе-
ние подземных вод в процессе эксплуатации будет носить установивший-
ся характер.
Для правильной постановки работ необходимо составить предвари-
тельную расчетную схему, выяснить возможные источники формирова-
ния эксплуатационных запасов при заданном размере водопотребности.
Это позволит выявить главные задачи поисково-разведочных работ и
провести их более целенаправленно. Точность прогнозов может быть
существенно повышена при моделировании неустановившейся фильтра-
ции на аналоговых машинах.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для оценки эксплуатационных запасов подземных вод в процессе
гидрогеологических исследований на различных стадиях изысканий не-
обходимо рассмотреть следующие вопросы:
1)	геологические особенности строения зоны тектонического раз-
лома;
2)	характеристику водосодержащей толщи в разрезе и плане (кон-
туры зоны, ее мощность, мощность водонасыщенных пород, изменение
194
трещиноватости и фильтрационных свойств с глубиной и в плане, водо-
отдачу пород);
3)	характеристику -бортовых пород, окружающих тектонические во-
дообильные зоны (фильтрационные свойства, мощность и т. п.) и харак-
тер контактов с этими зонами;
4)	характер связи подземных вод, содержащихся в породах зоны
тектонических разломов, с поверхностными водоемами и другими водо-
носными горизонтами; режим поверхностных и подземных вод;
5)	условия питания и разгрузки подземных вод; элементы баланса
подземных вод — естественный расход подземных вод, 'величина инфиль-
трационного питания.
Эти вопросы решаются полевыми и камеральными исследованиями
в комплексе: гидрогеологической съемкой с привлечением геофизических
и геоботанических методов; буровыми работами совместно с геофизичес-
кими исследованиями в скважинах; гидрометрическими работами и ана-
лизом метеорологических данных; проведением опытных гидрогеологи-
ческих работ и постановкой наблюдений за режимом подземных и по-
верхностных вод.
ЭТАПНОСТЬ РАБОТ, ИХ ОБЪЕМ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
Поисковые работы должны выяснить перспективность пос-
тановки работ в данном районе для удовлетворения заявленной потреб-
ности в воде. Если такие перспективные участки выявлены, то перехо-
дят к предварительной разведке, с помощью которой производится выбор
наиболее благоприятных участков для размещения водозабора, и пред-
ставляется обоснование технико-экономической целесообразности экс-
плуатации подземных вод. Детальная разведка производится уже на
выбранных перспективных участках и для подсчета запасов по промыш-
ленным категориям.
Анализ материалов ГКЗ показывает, что поиски подземных вод в
районах, где развиты месторождения подземных вод, приуроченные к
тектоническим зонам, производятся, как правило, со сравнительно боль-
шим объемом поисковых и буровых работ. Эти работы могут быть сок-
ращены, если будет произведен сбор и анализ материалов предыдущих
исследований. Предварительное знакомство с материалами и с имею-
щимся опытом работы водозаборов в районе позволит более рацио-
нально и экономично определить этапность и объемы работ.
В ряде случаев, особенно для районов, достаточно хорошо изучен-
ных в процессе комплексных съемок, стадия поисков может быть снята,
и перспективность постановки работ достаточно обоснована определено
существующими геологическими и гидрогеологическими материалами.
Стадия поисков проводится в слабо изученных районах, где на осно-
вании имеющихся материалов затруднительно сделать вывод о наличии
перспективных участков для постановки предварительной разведки. На
этом этапе производится общее изучение гидрогеологии исследуемого
района, изучаются все имеющие распространение водоносные горизонты,
что в итоге позволит выявить наиболее перспективный горизонт и наи-
более водообильные участки. По полученным материалам следует про-
извести ориентировочные прикидки балансового характера о возможно-
сти обеспечения заявленной потребности. Учитывая, что эксплуатацион-
ные запасы слагаются для месторождений зон в значительной мере из
естественных ресурсов и в меньшей мере из естественных (статических)
запасов, необходимо на этой стадии работ представить себе условия пи-
тания подземных вод и емкостные возможности пласта (т. е. определить
его контуры и водоотдачу).
Работа состоит в сборе и анализе материалов, в проведении гидро-
геологической съемки совместно с картированным бурением, геофизи-
13*	195
ческих работ, геоботанических наблюдений *, наблюдений за режимом
поверхностных и подземных вод и сборе гидрометрических и метеороло-
гических данных.
Рассмотрим кратко основное содержание перечисленных выше ис-
следований отметив их специфические особенности при поисках место-
рождений подземных вод, приуроченных к зонам тектонических раз-
ломов.
1.	Гидрогеологическая съемка проводится на основе геологической
съемки, с привлечением тектонических, структурных и литологических
карт. Для описываемого типа месторождений это особенно существенно,
так как выявление тектонических зон невозможно без всестороннего гео-
логического изучения района. Масштабы съемки и ее площадь определя-
ются степенью изученности территории и ее сложностью. Опыт работ по-
казывает, что съемки обычно проводятся в масштабе 1 : 50 000. При этом
должны быть использованы аэрофотоснимки, на (Которых хорошо оконту-
риваются зоны тектонических разломов, и поставлены геоботанические
исследования, которые в горных районах являются эффективными ин-
дикаторами водообильных зон. По имеющимся материалам определя-
ется площадь съемки с таким расчетом, чтобы она включала площадь
объекта, для которого изыскивается источник водоснабжения, и приле-
гающие к нему перспективные районы. При сравнительно больших (бо-
лее 50—100 л]сек) потребностях в подземных водах площадь района мо-
жет быть изучена в радиусе 30—40 км, с включением в нее и предпола-
гаемой области питания, если рассматривать тектоническую зону как
региональную дрену.
При изучении материалов по району съемки особое внимание уде-
ляется опыту эксплуатации существующих водозаборов, шахтных водо-
отливов и т. п.
Важнейшей задачей в процессе съемки является фиксация и опи-
сание водопроявлений: родников, поверхностных водотоков (естествен-
ных и искусственных), озер, заболоченностей и т. п. При этом наиболее
существенным является описание и картирование дебита, химического
состава, температуры и положения родников, которые в горных районах
являются основным критерием поисков и зачастую позволяют выявить
контуры водообильных зон.
При обследовании водоемов фиксируются их уровни, а для рек —
изменение расходов на отдельных участках, особенно при входе и вы-
ходе из зон тектонических разломов, что позволит наметить створы для
проведения гидрометрических работ. При описании источников и водо-
емов также выбирают точки для организации наблюдений за режимом.
Учитывая, что съемка проводится в горных районах и преследует во
многих случаях поиски подземных вод для водоснабжения поселков
у существующих горнорудных предприятий, необходимо документиро-
вать участки размещения отвалов, хвостохранилищ, старых шахт и карь-
еров, отмечая характер водопроявлений, уровень вод, их химический
состав и описывая характер отвода хозяйственно-промышленных вод.
В итоге работ составляется гидрогеологическая карта с выделением во-
доносных комплексов, развитых в районе.
2.	Геофизические исследования на этом этапе должны выявить и
оконтурить зоны тектонических разломов, охарактеризовать глубину
залегания подземных вод, установить скрытые участки разгрузки под-
земных вод под аллювий в долинах рек. Наиболее эффективными в этих
случаях являются электропрофилирование, вертикальное и круговое
электрическое зондирование и метод естественных полей фильтрации.
* Необходимо заметить, что геоботанические работы носят поисковый характер,
выполняются в процессе гидрогеологической съемки и предшествуют бурению карти-
ровочных скважин.
196
Геофизические работы должны быть проведены до начала основ-
ных картировочных буровых работ и дать рекомендации по расположе-
нию картировочных скважин. В тех случаях, когда картировочное буре-
ние проводится без учета данных геофизики, оно не дает эффективных
результатов. Так, например, при поисках и разведке подземных (вод в
районе Каменки (Свердловская область) и на месторождении Исти-Су,
(Азербайджанская ССР) скважины были заложены без учета геофизи-
ческих данных и не смогли на первом этапе вскрыть тектонические зоны.
В процессе буровых работ проводится геофизическое опробование
скважин с целью выявления в разрезе зон активной трещиноватости, из-
менения трещиноватости с глубиной, определения действительной ско-
рости течения подземных вод и направления их движения на различных
интервалах. В этих случаях применяются различные методы каротажа:
резистивиметрия, термометрия, метод заряженного тела и др.
3.	Буровые работы в период поисковых работ обычно состоят из бу-
рения чкартировочных скважин, которые закладываются в процессе гид-
рогеологической съемки. Местоположение их определяется по данным
геологических и геофизических исследований. Скважины, как правило,
закладываются на участках выходов наиболее крупных источников,
в местах пересечения тектонической зоны речными долинами и на уча-
стках, где, по геофизическим данным, ожидается наибольшая трещино-
ватость.
Вначале пробуривается створ скважин, идущий вдоль водообильной
зоны, а затем на участках повышенной проводимости он дополняется
несколькими поперечниками вкрест простирания тектонической зоны.
Расстояния между скважинами и поперечниками зависят от степени мзу-
ченнности территории и изменчивости литологического состава пород,
размера зон. Расстояния между поперечниками задаются обычно поряд-
ка 1—2 км\ расстояния между скважинами 0.5—1,0 км.
При бурении производится тщательная документация трещинова-
тости по керну, изучение литологического состава перекрывающих пород
и пород самого водоносного горизонта, определяется глубина залегания
подземных вод, мощность активной зоны трещиноватости и общая мощ-
ность (по единичным скважинам) трещиноватых пород, выясняется мощ-
ность и состав перекрывающих и подстилающих водоносный горизонт
пород.
В процессе бурения проводятся наблюдения за изменением напоров
по вертикали, наблюдения за величиной поглощения промывочной жид-
кости, наблюдения за процентом выхода керна.
4.	Опытные работы состоят в проведении пробных откачек изо всех
скважин и одиночных откачек на участках, где были зафиксированы
участки повышенной трещиноватости. Пробные откачки служат для пре-
дварительной и сравнительной оценки водообильности водоносных толщ
и проводятся при одном максимально возможном понижении уровня
продолжительностью 1—2 суток.
Опытные одиночные откачки для определения коэффициента филь-
трации проводятся при двух ступенях понижения с максимально воз-
можной разницей между ними, что позволяет установить изменение
коэффициента фильтрации с глубиной. Продолжительность откачек на
каждую ступень 2—3 суток. В дальнейшем, при использовании этих дан-
ных при расчетах, правильнее принимать не среднее, а минимальное зна-
чение коэффициента фильтрации. Для получения кривых дебита необ-
ходимо проводить откачку при двух-трех ступенях понижения. Однако
эта откачка, производится на последующих стадиях работ.
5.	Гидрометрические работы на первом этапе заключаются в прове-
дении гидрометрических наблюдений за изменением скоростей и расхо-
дов по долинам рек, в выборе участков размещения гидрометрических
постов, что проводится в процессе съемочных работ. Одновременно с
197
этим проводится изучение метеорологических условий, собираются све-
дения об осадках, расходах и уровнях рек в многолетнем разрезе.
В ряде случаев проводится снегомерная съемка для выяснения вели-
чины осенне-зимних осадков, которые в основном определяют величину
инфильтрации.
Как на этой стадии работ, так и на последующих существенно выяс-
нить по многолетним данным, на какой по водности год падает период
исследований. Это позволит с достаточной обоснованностью оценить
полученные данные и сопоставить их с многолетними колебаниями. Не
менее важно предостеречь изыскателей от пользования усреднеными
данными по расходам рек, осадкам и т. п. Для обоснования возможно-
стей пополнения запасов должны быть известны минимальные и макси-
мальные расходы за сравнительно длительный цикл наблюдений.
На последующих стадиях работ, когда установлены перспективные
для разведки участки, организуются гидрометрические створы на пере-
секающих тектонические зоны реках; на них организуются стационарные
наблюдения за уровнем и изменением расходов. Желательно эти створы
совместить со створами наблюдательных скважин.
При наличии прудов, старых карьеров, заполненных водой и других
водоемов, которые могут служить источниками восполнения запасов, на
них также проводятся гидрометрические наблюдения. Эти наблюдения
должны быть особенно тщательными (с большей частотой наблюдений)
в период откачек, когда выясняется характер связи подземных и поверх-
ностных вод. По ряду объектов при изысканиях эти наблюдения не про-
изводятся. Так, например, при защите отчета в ГКЗ по водоснабжению
г. Артемовска не были представлены данные по наблюдениям за рас-
ходом р. Бобровой, в связи с чем не было выяснено распространение
депрессии к реке.
6.	В процессе съемки для наблюдения выбираются наиболее круп-
ные источники подземных вод и картировочные скважины, расположен-
ные в различных гидрогеологических условиях. Наблюдения произво-
дятся за изменением дебита (по источникам и самоизливающимся сква-
жинам), уровней, температур и химического состава подземных вод. Эти
наблюдения продолжаются и на последующих стадиях работ, когда в
наблюдательную сеть подключаются некоторые разведочные скважины.
Изучение режима подземных вод позволяет определить естественные
ресурсы, которые дают основную долю эксплуатационных подземных
вод зон тектонических разломов.
Кроме того, колебания уровня подземных вод позволяют опреде-
лить величину водоотдачи и инфильтрацию (Биндеман, 1963). Эти ве-
личины являются непосредственными расчетными параметрами при
оценке эксплуатационных запасов. Как показали наблюдения, изменения
дебита источников хорошо коррелируются с величинами атмосферных
осадков; на основании этого выявляется многолетний режим колебаний
расхода источника, составляется график обеспеченности расхода и ве-
личины минимального питания водоносного горизонта.
Наблюдения за режимом источников, уровнями подземных и по-
верхностных вод в водоемах желательно начинать на первоначальных
стадиях изысканий и дополнять их по мере расширения работ. В резуль-
тате изучения режима необходимо получить сведения об изменениях
уровней подземных и поверхностных вод, амплитуд их колебаний, ко-
эффициентов динамичности родников. Частота наблюдений согласовы-
вается с гидрометрическими и метеорологическими наблюдениями. Ана-
лиз этих материалов позволит выявить характер связи подземных вод
с реками.
По данным поисковых работ проводится общая балансовая провер-
ка возможности получения требуемых эксплуатационных запасав, под-
считывается общий приток воды к зоне и возможность восполнения за-
198
пасов подземных вод. Если все эти условия благоприятны, переходят к
следующей стадии работ.
На стадии предварительной разведки производится окончательный
выбор наиболее перспективного участка (или участков) под размещение
водозабора, намечается схема 1водозабора и подготовляется технико-
экономическое обоснование для проведения детальных разведочных ра-
бот.
При проведении предварительной разведки в зоне тектонических
нарушений основной задачей является выбор наиболее благоприятных
участков в этой зоне, т. е. участков с наиболее высокими значениями во-
допроводимости и наилучшими условиями восполнения. Для выяснения
этих характеристик проводятся разведочные работы по уточнению ак-
тивной мощности трещиноватых пород, глубины залегания, уклона под-
земных вод, размеров наиболее проницаемых участков, изучается более
основательно химический состав подземных вод, продолжаются режим-
ные наблюдения, уточняются условия взаимосвязи с реками.
Места заложения разведочных скважин выбираются по данным бу-
рения картировочных скважин и геофизическим материалам. Обычно они
также располагаются по поперечникам, но по более сгущенной сетке,
нежели на первом этапе работ. Расстояния между разведочными сква-
жинами определяются величиной фильтрационной характеристики пород
и составляют примерно 800—500 м. При этом достаточно хорошо по од-
ному-двум поперечникам должны быть изучены и относительно слабо
проницаемые бортовые породы с тем, чтобы на основании буровых,и опыт-
ных работ можно было оценить характер границ и необходимость уче-
та бокового питания водоносного горизонта зоны тектонического раз-
лома. В зоне слабо проницаемых пород закладываются скважины на
расстоянии нескольких сотен метров друг от друга и от зоны контакта.
Опыт разведки показывает, что глубина разведочных скважин на
большинстве месторождений подземных вод такого типа изменяется в
интервале от 50 до 80 м, реже достигает 100—120 м.
Опытные работы на этой стадии имеют очень большое значение,
так как оценка эксплуатационных запасов производится обычно по их
результатам, с применением гидравлических методов. Учитывая также,
что в зонах тектонических разломов исследователи сталкиваются с весь-
ма неоднородными фильтрационными свойствами, необходимо запроек-
тировать достаточный объем одиночных и кустовых откачек. Опытные
откачки (одиночные и кустовые) проводят на тех местах, где по данным
пробных откачек обнаружена сравнительно хорошая водообильность
пород.
В связи с изменчивостью фильтрационных свойств трещиноватых
в разрезе пород рекомендуется проводить зональные откачки либо в про-
цессе бурения, либо специально после окончания буровых работ. Зона-
льные откачки характеризуют изменения фильтрационных свойств в раз-
резе, что особенно важно, при фильтрационной неоднородности грунтов
Интервалы для постановки откачки могут быть выявлены по результатам
геофизических исследований. Если при проведении нескольких зональ-
ных откачек отмечается хорошая корреляция с данными каротажных
диаграмм, то число зональных откачек можно несколько сократить и во-
спользоваться для характеристики фильтрационных свойств результа-
тами геофизического опробования и пробных откачек.
Откачки для получения кривых дебита проводятся для водоносных
горизонтов в безнапорных трещиноватых породах при трех понижениях
уровня, так как характер кривых позволяет судить об изменении фильт-
рационных свойств с глубиной. Поэтому откачки для получения кривых
дебита следует проводить в основном в период детальных работ и в
единичных случаях — на стадии предварительной разведки. Первое по-
нижение в этих случаях выбирается минимальным, но не менее 1 м\
199
третье — максимально возможным (желательно, чтобы оно было близко
или превосходило миксимальное понижение при эксплуатации).
Опытные откачки приурочивают к меженному периоду стояния уров-
ня. На стадии предварительной разведки эти работы проводятся одно-
временно с зональными откачками и резистивиметрией, которые уточ-
няют изменение водонепроницаемости с глубиной.
Для получения более точных значений коэффициентов фильтрации
по данным откачек при расчетах следует пользоваться данными изме-
рений уровней по наблюдательным скважинам.
Помимо опытных работ на стадии предварительной разведки для
перспективных участков составляются карты гидроизогипс и водопро-
водимости в масштабе 1 : 10 000—1 : 5000; для подсчета запасов уточня-
ются параметры по результатам режимных и опытных работ и величина
инфильтрации, приток подземных вод со стороны бортов зоны. На осно-
вании этих данных проводятся балансовые и гидравлические подсчеты
эксплуатационных запасов, и, если они подтверждают возможность вос-
полнения запасов, переходят к стадии детальной разведки.
После составления технико-экономического доклада при получении
согласия проектировщиков о выборе участка и схемы водозабора пере-
ходят к стадии детальной разведки.
Детальная разведка проводится на /выделенных участках
размещения водозабора с учетом проектируемой схемы водозабора,
с детальностью, обеспечивающей подсчет эксплуатационных запасов по
промышленным категориям. При этом уточняются результаты съемки,
выполненной в период предварительной /разведки, проводятся групповые
откачки, бурение разведочно-эксплуатационных скважин.
Кустовые откачки позволяют установить характер взаимодействия
скважин друг с другом: они проводятся одновременно из двух или трех
скважин с дебитами, которые 'были достигнуты при одиночных откачках
(это позволяет проще установить коэффициент взаимодействия сква-
жин) .
Количество групповых откачек определяется сложностью гидро-
геологических условий и размерами участка; наблюдательные скважины
закладываются по двум лучам, чтобы проследить развитие воронки деп-
рессии. В сложных условиях групповые откачки проводятся на стадии
предварительной разведки.
Разведочно-эксплуатационные скважины размещаются согласно
схеме проектируемого водозабора в местах, пробуренных ранее поис-
ково-разведочных скважин, результаты работ по которым показали на-
личие обводненных пород.
Количество разведочно-эксплуатационных скважин определяется в
зависимости от дебитов, заданных опытно-эксплуатационной откачкой.
При этой откачке суммарный дебит всех одновременно /работающих
скважин должен составлять не менее 50% эксплуатационного. Кроме
разведочно-эксплуатационных скважин, которые располагаются по про-
стиранию зоны дробления на расстояниях .порядка 50—10 м друг от
друга, разбуривается по две-три наблюдательные скважины в обе сто-
роны от разведочно-эксплуатационных. Откачка также проводится
в меженный период и продолжается в зависимости от сложности гидро-
геологических условий участка с продолжительностью от 1,5 до 4—5
месяцев. В более сложных условиях пласт-полосы, когда неясны
условия восполнения запасов с бортов зоны, необходимо при откачке
оценить влияние боковых границ, что достигается путем увеличения про-
должительности проведения откачки. Условно разделяя время откачки
на отдельные периоды, необходимо установить характер зависимости
понижения от времени на один из периодов, дать прогноз на последу-
ющий период откачки и проверить точность прогноза опытным путем.
200
При повторном сопоставлении прогнозируемого понижения с полу-
ченным при откачке следует выявить особенности отклонения реальных
понижений от прогнозируемых и дать более обоснованную экстраполя-
цию дебитов, с учетом влияния границ.
Если проектные дебиты значительно меньше естественных ресурсов,
то при проведении опытных работ можно ограничиться опытными груп-
повыми откачками.
В процессе проведения групповой откачки устанавливается зависи-
мость дебита от понижения, скорость снижения уровня и развития деп-
рессионной воронки; определяются величины срезок для выяснения вза-
имодействия скважин. После прекращения откачки проводятся наблю-
дения за скоростью восстановления уровней. При контроле гидродинами-
ческими методами определяются коэффициенты фильтрации, уровне-
проводность, приведенный радиус влияния.
По полученным параметрам, проводят оценку эксплуатационных за-
пасов гидродинамическим способом, сопоставляют с результатами под-
счетов по балансовому и гидравлическому методам. Для более обос-
нованного применения балансового метода на этом этапе работ продол-
жаются те же работы, что и на стадии предварительной разведки: ре-
жимные и гидрометрические наблюдения за уровнями и расходами в
природных условиях и при откачках, геофизическое опробование сква-
жин и т. п.
Выше был изложен полный объем работ по этапам для оценки экс-
плуатационных запасов при сравнительно большой потребности в под-
земных водах и необходимости выявить возможности использования под-
земных вод для крупных объектов в относительно слабо изученных рай-
онах. Если район изучен хорошо, нет необходимости в проведении всех
трех стадий изысканий, и поиски перспективных водоносных участков
проводятся камерально на основании анализа уже имеющихся матери-
алов. Кроме того, в тех случаях, когда по данным первого этапа работ
устанавливается, что величина заданной потребности вполне может быть
покрыта естественными ресурсами и запасами подземных вод, нет необ-
ходимости в выделении предварительной разведки: достаточно выпол-
нить необходимый объем детальной разведки, где особенно важными
являются опытно-эксплуатационные продолжительные откачки.
ПРИМЕР РАЗВЕДКИ И ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В качестве примера рассмотрим работы, проведенные Ф. И. Курло-
вым для подсчета эксплуатационных запасов подземных вод в одном из
районов Свердловской области, в бассейне р. Каменки.
Район исследований расположен на восточном склоне Среднего Ура-
ла. Геологическое строение участка сложное. В нем принимают участие
породы изверженного и метаморфического комплексов. Изверженные
породы представлены гранитами Мурзинско-Алабатского и Рефтинско-
го массивов и ультраосновными породами; габбро и перидотитами. Ме-
таморфические породы представлены гнейсами, амфиболитами и слан-
цами. Породы разбиты системой тектонических трещин и трещин вывет-
ривания. Простирание пород в целом меридиональное, зоны тектоничес-
ких нарушений имеют то же простирание. Коренные породы перекрыты
четвертичными образованиями мощностью от 3 до 20 м. Подземные во-
ды приурочены к рыхлым отложениям четвертичного возраста и к тре-
щиноватой зоне скальных — изверженных и метаморфических пород.
Практическое значение для организации сравнительно крупного водо-
снабжения имеют подземные воды, приуроченные к зонам тектонических
нарушений, контактам и дайкам интрузивных пород. Питание подзем-
ных вод происходит за счет инфильтрации осадков, выпадающих на пло-
201
щади водосбора, и притока подземных вод из соседних районов по зо-
нам тектонических нарушений. Разгрузка происходит в долинах рек,
где имеются многочисленные источники и болота. Глубина залегания
подземных вод в зависимости от рельефа местности колеблется от 0 до
35 м. Амплитуда естественных колебаний уровней подземных вод по
многочисленным данным достигает 1—2 м. По качеству подземные воды
района пресные, мягкие, гидрокарбонатные магниевые.
Участок работ выбран на основании проработки архивных и фондо-
вых материалов, геологических и гидрогеологических карт среднего мас-
штаба. На участке были проведены рекогносцировочные работы в
долине р. Каменки, где наблюдались обильные выходы источников с де-
битами порядка 0,3 л)сек (один из источников имел дебит около 7 л/сек).
Выбранный участок располагался вблизи контакта Рефтинского мас-
сива с полосой метаморфизованных пород. Достаточная предваритель-
ная изученность позволила отказаться от стадии поисковых работ, а
стадии предварительной и детальной разведок проводились практи-
чески одновременно.
Предварительная разведка заключалась в производстве гидрогео-
логической съемки, геофизических работ, бурении картировочных сква-
жин и проведении в них пробных откачек. Этими работами были выяв-
лены наиболее обводненные зоны, на которых затем были поставлены
детальные работы.
В районе и на участке детальных изысканий была проведена схе-
матическая гидрогеологическая съемка крупного масштаба на площади
25 км2', пройдена 31 скважина механического колонкового бурения об-
щим объемом 1236 пог. м и четыре скважины ударно-канатного и ротор-
ного бурения общим объемом 183 пог. м (глубина скважин изменялась
от 14 до 90 м); проведены пробные откачки из всех (тридцати трех)
скважин; длительные опытные откачки из четырех одиночных скважин
и групповая опытно-эксплуатационная откачка из трех скважин; выпол-
нены геофизические работы (электропрофилирование, электрозондиро-
вание и магнитометрия) и гидрометрические работы, наблюдения за ре-
жимом подземных вод в скважинах и источниках; химические (84), бак-
териологические (81) анализы подземных вод. Две первые поисковые
скважины были пройдены вблизи источников на правом берегу р. Ка-
менки, у истоков р. Черемшанки, на расстоянии 1,5 км друг от друга.
Проведенные из них откачки показали значительную водоносность и
явились основанием к заложению двух опытных гидрогеологических
кустов, состоящих из одной центральной и восьми наблюдательных сква-
жин.
Центральные скважины закладывались глубиной 63—66 м. Наблю-
дательные скважины в обоих кустах были расположены по четырем вза-
имно перпендикулярным лучам, на расстоянии от 10—15 до 100 м от цен-
тральных скважин. Остальные поисковые и разведочные скважины, за
исключением одной из них, пробурены у южной границы участка и
вскрыли слабо водоносные породы. Опытные одиночные откачки прои-
зводились на два понижения из двух поисковых скважин, которые в пос-
ледующем явились центральными для кустовых откачек. Эти же сква-
жины и одна разведочная на южном участке были затем включены в
пробно-эксплуатационную откачку. Вначале в каждой из трех скважин
были проведены кустовые откачки, а затем—групповые. Расстояния
между скважинами групповой откачки составили соответственно 1600 и
200 м от первой. Наблюдательными явились те же скважины, что и при
кустовых откачках. Откачка проводилась на одно понижение продол-
жительностью более 3 месяцев.
В результате работ установлено, что участок детальной разведки
приурочен к зоне тектонических нарушений, в пределах которых крис-
таллические и метаморфические породы обладают повышенной трещино-
202
ватостыо и водоносностью. По данным геофизических наблюдений, наи-
более перспективная на воду зона протягивается в меридиональном нап-
равлении, в средней части участка.
Водоносность пород на участках региональной трещиноватости, в
зоне выветривания характеризуется небольшими удельными дебитами
скважин порядка 0,1—0,54 м, реже—''более 1,0 л/сек. Водоносность в
пределах зон тектонических нарушений более высокая. Максимальные
удельные дебиты при откачках составили 2,5—4,0 л/сек.
Групповая пробно-эксплуатационная откачка дала суммарный де-
бит 58,5 л/сек, при дебитах отдельных скважин (скв. 1 и 2) при одиноч-
ной откачке по 22,4 л}сек и 13,6 л/сек в скв. 3 (удельные дебиты соответ-
ственно 2,9; 3,1; 2,6 л/сек).
Результаты опытных работ показали, что все скважины находятся
во взаимодействии, и при совместной их откачке с дебитами, примерно
равными величинами водоотбора при одиночных откачках, понижения
уровня в них значительно увеличиваются.
Формирование воронки депрессии при откачке из южного опытного
куста происходило медленно, стабилизация уровней в центральной и
наблюдательных скважинах наступила только по истечении месяца пос-
ле откачки. При откачке из северного опытного куста (у Черемшанки)
формирование воронки депрессии произошло за 3—4 дня.
При групповой опытно-эксплуатационной откачке полной стаби-
лизации уровней достигнуто не было, что было объяснено сезонными
изменениями уровней подземных вод.
Понижения уровней во время проведения откачек были зафиксиро-
ваны во всех наблюдательных и поисковых скважинах. Величины их
на расстоянии 1,0—1,1 км составили 0,8—1,0 м. Авторы считают, что при
длительном водоотборе влияние водозабора распространится до границ
области питания, под которой понимается водосборная площадь верх-
него течения р. Каменки.
По химическому составу подземные воды пригодны для питья Их
общая минерализация не превышает 240 мг)л, жесткость 2,5—3 мг-экв.
Результаты бактериологических анализов указывают на ухудшение сос-
тояния подземных вод в весенне-летнее время (коли-титр в ряде проб
менее 100), поэтому для хозяйственно-питьевых целей возможно их
использование после предварительного обеззараживания.
Замечания по выполненным изысканиям сводятся к следующему:
1.	В процессе изыскания источника водоснабжения для пос. Ка-
менка не была соблюдена необходимая этапность в работе. Предвари-
тельным и детальным разведкам не предшествовала стадия поисково-
съемочных работ в районе, примыкающем к объекту, в результате этого
детальные работы'были проведены дважды: в 1958—1960 гг. — в уда-
лении от потребителя на 20 км, и вновь в 1959—1961 гг. после проведе-
ния поисково-съемочных работ на участке, расположенном вблизи от
потребителя.
2.	Проведение геофизических работ одновременно с картировочным
и разведочным бурением сделало невозможным использование резуль-
татов геофизических работ для размещения скважин. Так, поперечный
профиль, заложенный в средней части участка без учета данных геофи-
зики, не вскрыл ожидаемой тектонической зоны. Кроме того, отсутство-
вало обоснование к расположению большинства скважин, что вызвало
в итоге завышение объема буровых работ.
3.	Не был произведен полный гидрогеологический анализ материа-
лов на стадии предварительной разведки: не составлена карта гидро-
изогипс, не приведены опорные разрезы.
4.	Опытные кусты не выполнили своей целевой установки, так как,
все наблюдательные скважины ‘были расположены близко к централь-
ной (ближе 100 м).
203
5.	Длительность опытных откачек, с учетом проведения 'В них же
групповой опытно-эксплуатационной откачки, могла быть сокращена;
восстановление уровней после откачек в центральных и наблюдатель-
ных скважин полностью не прослежено.
6.	В результате опытных работ не было изучено взаимодействие
скважин.
7.	Данные по атмосферным осадкам приведены лишь среднемесяч-
ные. Необходимо обосновывать расчеты по минимальным среднемесяч-
ным данным, тем более, что величина естественных ресурсов определя-
лась по инфильтрации атмосферных осадков.
Подсчет запасов. По результатам проведенных работ были подсчи-
таны запасы и представлены на утверждение в ГКЗ.
Естественные ресурсы подсчитывались по величине ежегодного по-
полнения подземных вод, рассчитанной инфильтрации атмосферных оса-
дков, выпадающих на площади водосбора верхнего течения р. Каменки.
Для обоснования естественных ресурсов такой расчет был принят ГКЗ,
однако с замечанием об отсутствии фактических данных для выбран-
ной величины атмосферных осадков.
Подсчет запасов по кат. А2 был произведен по данным опытно-
эксплуатационной групповой откачки из трех скважин.
Фактический дебит каждой скважины 1был уменьшен на 0,15 м с
учетом ожидаемого снижения уровня со времени окончания откачки до
весеннего подъема.
Учитывая, что при групповой откачке в скважинах южной части
участка стабильности достигнуто не было, особенно в разведочной скв. 3,
запасы, соответствующие ее фактическому дебиту, были перенесены
в кат. В. Поправку на сезонную сработку ГКЗ предложила не учиты-
вать ввиду ее незначительности. Запасы, соответствующие фактическим
дебитам двух опытных скважин, были отнесены ГКЗ в кат. А.
Запасы по кат. Ci авторами определены по экстраполяции факти-
ческих дебитов в тех же скважинах 1, 2 и 3 на половину достигнутых по-
нижений уровней. Учитывая сложность гидрогеологических условий уча-
стка, не позволяющую произвести точно расчет обеспеченности эксплуа-
тационных запасов, и ограниченность их количества, подтвержденную
весьма длительным и неполным формированием воронки депрессии в
процессе групповых откачек, ГКЗ считает, что •экстраполяция дебитов
на большие понижения не обоснована, и исключает запасы кат. Ci из
подсчета.
К кат. С2 автором отнесены запасы, соответствующие разности меж-
ду величиной их ежегодного пополнения на всем водосборе и запасами
категорий А2 и Сь подсчитанными на участке водозабора. ГКЗ утвер-
дила запасы этой категории как разность между общими запасами и за-
пасами участка по категориям А и В.
ГКЗ отметила ограниченность запасов на разведанном участке.
В связи с этим в случае увеличения потребности в воде предельную про-
изводительность водозабора рекомендовалось определять в процессе экс-
плуатации. При этом было также отмечено, что необходимо строгое уста-
новление зон санитарной охраны, санация территории, санитарная очист-
ка воды и контроль за ее бактериологическим состоянием, а также и
контроль за режимом подземных вод в процессе эксплуатации.
Глава XVI
ТРЕЩИННО-КАРСТОВЫЕ ВОДЫ
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОЛОГИИ
КАРСТОВЫХ ОБЛАСТЕЙ
Среди комплекса растворимых пород наибольшее значение
для формирования в них трещинно-карстовых (используемых для водо-
снабжения) водоносных горизонтов представляет чистые известняки,
доломиты и мел. Примесь того или иного количества глинистых частиц
ухудшает растворимость карбонатных пород и процессы карстообразо-
вания в них получают меньшее распространение. Наименьшей раство-
римостью из карбонатных пород обладают мел и мергели, однако при
наличии мощных толщ мел-мергельных отложений карстовые явления
могут получить достаточно широкое развитие.
Формы залегания карстующихся пород оказывают большое влияние
на степень, характер, глубину закарстованности и обводненности слага-
емого ими массива. Выделяют три основные формации карбонатных по-
род: платформенную, краевых прогибов и геосинклинальную.
Платформенная формация карбонатных и гипсово-ангидритовых
пород характеризуется пологим залеганием, отсутствием следов плика-
тивной дислокации, сравнительно слабым развитием разрывной (глыбо-
вой) тектоники. Поверхность карстующихся пород, будучи прикрыта
небольшим слоем рыхлых образований, часто выступает на дневную по-
верхность и занимает обширные области. В карстовых областях платфор-
менного типа наибольшая трещиноватость и закарстованность пород
приурочены, как правило, к долинам рек. Водораздельные участки об-
ладают большей массивностью, а иногда полным отсутствием карсто-
образований. Типичными областями карбонатных формаций платфор-
менного типа являются: южное и западное крылья Московской синек-
лизы, сложенные девонскими и нижнекарбоновыми известняково-доло-
митовыми толщами силурийское плато и др.
Формация краевых прогибов отличается формированием мощных
слоистых толщ терригенных пород при наличии неслоистых рифоген-
ных известняков, перемежающихся с пачками гипса и каменной соли.
Неоднородность литологического состава пород и неравномерная текто-
ническая нарушенность обусловливают изменчивость фильтрационных
свойств. Типичным примером краевого прогиба с наличием карсту-
ющихся толщ является Предуральский краевой прогиб.
Карбонатные толщи геосинклинальных областей отличаются боль-
шими мощностями, достигающими нескольких тысяч метров, интенсив-
ной перемятостью и сильной трещиноватостью. Карбонатные породы
в областях геосинклинального типа локализуются, как правило, в ли-
нейно вытянутых узких полосах, согласующихся с общей тектонической
структурой горного сооружения. Ширина этих полос часто не превышает
5 км, зато протяженность их достигает сотен километров.
205
Полосы .карбонатных пород, являющиеся, как правило, сильно рас-
карстованными и наиболее обводненными, перемежаются с другими
осадочными или эффузивными породами: алевролитами, сланцами, ту-
фами и другими значительно менее обводненными, а иногда практи-
чески водоупорными породами. Большая тектоническая нарушенное™
и перемятость пластов, осложненная мощными сбросами и надвигами,
приводит к интёнсивной трещиноватости пород.
Выходы карстующихся пород на дневную поверхность или близко
к ней создают своеобразный ландшафт карстовых областей. Наиболь-
шая раскарстоваиность и трещиноватость приурочены к линиям и зо-
нам тектонических нарушений. Значительная закарстованность берего-
вых склонов рек, пересекающих слои карбонатных пород, характерна
и для геосинклинальных областей, но в отличие от платформенных за-
карстованность междуречных массивов здесь очень велика и нередко
поверхностные воды, поглощенные понорами одной реки, выходят по
подземному каналу в долину соседней реки (р. Ай на Урале, Западное
побережье Кавказа).
Своеобразным характером геологического строения и гидрогеологи-
ческих условий отличаются месторождения трещинно-карстовых вод,
приуроченные к тектоническим мульдам, располагающимся среди мелко-
сопочника Казахстана. Мульды, как правило, изолированы друг от друга
и располагаются среди общего равнинного рельефа с наличием неболь-
ших возвышенных гряд, сопок, оконтуривающих мульды и находящиеся
внутри них беосточные впадины. В их геологическом строении обычно
принимают участие палеозойские туфы, туфопесчаники, кремнистые слан-
цы, алевролиты и известняки. Пласты этих пород смяты в мелкие склад-
ки и слагают периферию мульды. Границы мульды очерчиваются в пла-
не пластами известняков нижнего карбона, часто поставленных на го-
лову и выражающихся в рельефе в виде невысоких гребней. Централь-
ная часть мульды заполнена толщей алевролитов или других слабо во-
допроницаемых пород. На размытой поверхности палеозойских пород
образовалась кора выветривания, а на ней, также с размывом, отло-
жились горизонтальные слои кайнозойских пород. Мощность горизон-
тально покрывающих пластов достигает иногда 40—50 м. Слои из-
вестняков карбона имеют относительно самую высокую трещиноватость
и закарстованность.
Общие размеры мульд в пределах кольца карбонатных пород ко-
леблются в больших пределах, но в общем редко превышают 40—50 км
в диаметре.
Постоянная циркуляция воды по порам или трещинам растворимых
пород является одним из основных условий развития карста. Наиболь-
шую растворяющую силу имеют слабоминерализованные, насыщенные
углекислотой воды атмосферных осадков, поступающие с поверхности
земли, или воды рек, проникающие по трещинам или понорам в карсту-
ющиеся породы. Активные карстовые процессы могут быть также выз-
ваны восходящими глубинными, термальными, углекислыми и другими
водами, поступающими по тектоническим разломам.
Возникновение трещиноватости в растворяемых породах резко спо-
собствуют общему увеличению их закарстованности. Решающее значе-
ние имеют два рода трещин: региональные, более или менее равномер-
но пронизывающие всю породу, и локальные, резко секущие породы в
определенных направлениях лишь в отдельных местах. Если массив кар-
стующихся пород в ходе своего развития оказывался близко от поверх-
ности земли, то помимо расширения существовавших ранее трещин воз-
никают трещины выветривания, совокупность которых в данном случае
имеет большое значение для циркуляции подземных вод.
Для платформенных областей среди региональной трещиноватости
наибольшее значение получают трещины напластования, что приводит
206
к этажному расположению пещер и отдельных ее гротов. Наличие ред-
кой сети локальных трещин, а также трещин первичной отдельности на
платформенных массивах не нарушает этой общей закономерности, хотя
и придает ей новые черты и своеобразие. Например, часто развитие
эрозионной сети связано с направлением основных локальных трещин.
Отдельные этажи карстовых коллекторов соединяются в местах текто-
нических нарушений вертикальными ходами.
Описанное выше этажное расположение карстовых коллекторов
в платформенных областях связано с развитием эрозионных процессов,
а именно — с колебаниями базиса эрозии и зависит как от геологической
истории платформы, как и от состава и мощности слагающих ее пород.
Развитие локальной трещиноватости имеет решающее значение
в горноскладчатых областях. Здесь направление главных карстовых
коллекторов приурочено, как правило, к зонам разломов и к зонам дроб-
ления. Вместе с тем значение трещин напластования и взаимосвязь кар-
стовых коллекторов с эрозионными процессами в горных районах в силу
больших мощностей пород проявляется еще более активно. Характер же
карстовых процессов в горных районах приобретает более сложный и
запутанный характер.
Глубина распространения трещиноватости зависит от условий и фо-
рмы залегания самих пород и всей их геологической истории. В условиях
платформы с пологим залеганием растворимых пород последние не ис-
пытали крупных вертикальных опусканий и резких тектонических нару-
шений, а мощность зоны трещиноватости обусловлена в основном про-
цессами выветривания и измеряется, как правило, несколькими десят-
ками метров. В этих случаях на глубине 50—60 м ниже местного бази-
са эрозии общее количество трещин сокращается, резко уменьшается их
раскрытость и ухудшаются фильтрационные свойства пород.
На Уфимском плато, по данным А. Г. Лыкошина (1959), на основа-
нии проведенных зонных опробований в долине р. Уфы. в створе Пав-
ловской плотины, было установлено, что уменьшение коэффициента
фильтрации с глубиной происходит от 90 м]сутки на интервале от 0 до
25 м до 2,5 м/сутки на глубине 55—80 м.
В платформенных условиях на участках, претерпевших относительно
мощные тектонические движения, с опусканием части блоков, ранее на-
ходившихся на поверхности земли, в условиях длительного континен-
тального режима глубина трещиноватости, а вместе с ней и наличие кар-
стовых полостей наблюдаются подчас на значительных глубинах. Нап-
ример, по сообщению Е. Г. Шараповой (1956 г.), в пределах Самарской
Луки буровыми скважинами встречены обширные, ничем не заполнен-
ные карстовые полости на глубинах 500—600 м.
В горноскладчатых районах, по данным Н. Д. Буданова (1963) и
Н. И. Плотникова (1959), глубина распространения мощных трещинно-
карстовых водотоков прослеживается на глубинах порядка 450—560 л».
Н.	А. Огильви (1956) на основании уровней термодинамики дока-
зывает возможность увеличения растворимости горных пород, находя-
щихся в сильно напряженном состоянии в тектонических зонах. Повы-
шение растворимости горных пород под влиянием разности давления,
под которым находится в сжатом состоянии скелет породы, и давления,
под которым находится вода, циркулирующая в трещинах, может объяс-
нить наличие глубинного карста, залегающего значительно глубже сов-
ременных и древних базисов эрозии.
Степень трещиноватости и закарстованности пород (степень сква-
жности, по Ф: П. Саваренскому, 1935) варьирует в значительных преде-
лах. Так, по данным О. Б. Скиргелло, (1949), по региональной оценке
одного из районов Южного Урала, коэффициент закарстованности пород
оказался равным 7%.
207
Д. В. Рыжиков (1947 г.) для одного из районов Северного Урала оп-
ределил закарстованность 100-метровой толщи известняков по кернам
буровых скважин, равную 12%.
Л. Н. Смирнов (1948) определил коэффициент закарстованности из-
вестняков в районе Северо-Уральского бокоитоносного района (СУГР),
равный 0,7—0,8Не-
основными источниками питания и восполнения трещинно-карсто-
вых вод являются атмосферные осадки, сток поверхностных вод и посту-
пление воды из других водоносных горизонтов, контактирующих с пло-
щадью распространения бассейна трещинно-карстовых вод. В отдель-
ных случаях могут играть некоторую роль минеральные и термальные
воды, поднимающиеся по трещинам разлома.
Условия поглощения атмосферных осадков зависят от степени об-
наженности карстующихся пород их покрытия.
Поверхностные формы карста (воронки и другие отрицательные
формы рельефа) поглощают атмосферные осадки и, соединяясь в глу-
бине карстового массива с системой трещин, карстовых полостей и кол-
лекторов, отводят ее в трещинно-карстовый водоносный горизонт. При
наличии открытых понор, колодцев и шахт поверхностные воды посту-
пают в водоносный горизонт непосредственно путем инфлюации, в связи
с чем трещинно-карстовые водоносные горизонты сильно подвержены
загрязнению с поверхности.
Поглощение поверхностных водотоков и формирование за счет них
трещинно-карстовых горизонтов подземных вод, как известно, представ-
ляет собой весьма распространенное явление. Поглощение может про-
исходить как непосредственно из реки в карстовые полости, так и через
аллювиальные подрусловые отложения рек, а также за счет ответвле-
ний части поверхностного стока в карстовые каналы, проходящие парал-
лельно основному руслу рек или ниже их эрозионного вреза. Наблюде-
ния над этими явлениями были проведены на р. Уфе А. Г. Лыкошиным
(1953), В. С. Лукиным (1962) в долине рек Сылвы и Ирени и др.
Анализируя особенности естественного режима карстовых вод на
восточном склоне Урала, Д. В. Рыжиков (1956) приходит к выводу, что
в общем балансе источников три главных фактора питания подземных
вод карстовых областей распределяются следующим образом: атмос-
ферные осадки на закарстованной площади 60%, потери поверхностного
стока 20—25% и приток подземных вод с незакарстованных площадей
15—20%. Автором подчеркивается при этом, что карстовые воды, сфор-
мировавшиеся за счет указанных источников, никогда уже не уходят
в сторону некарстующихся пород, а разгружаются в пределах самой
карстовой области. Этим и объясняется один из самых важных поиско-
вых признаков карстовых вод, состоящий в том, что карстовые воды на
всех участках (за исключением участков, связанных с базисами стока)
залегают гипсометрически ниже по сравнению с подземными водами не-
карстующихся или слабо закарстованных пород. Поэтому на границе
карстовых областей с некарстовыми образуются перепады в уровнях
подземных вод.
Циркуляция трещинно-карстовых вод в одних случаях происходит
по отдельным, изолированным друг от друга, карстовым каналам с изо-
лированными областями питания и стока, в других (наиболее распрост-
раненных) — в карстующемся массиве с огромным количеством мелких
и крупных трещин, где отдельные крупные водотоки соединены между
собой и поэтому имеет место единый уровень в потоке подземных вод.
Все это указывает на исключительную сложность процессов циркуля-
ции трещинно-карстовых вод в закарстованных массивах и на необходи-
мость строгого их анализа при проведении гидрогеологических исследо-
ваний.
208
Основные ресурсы подземных вод для хозяйственно-питьевого водо-
снабжения сосредоточены, как известно, в зоне активного водообмена.
Режим трещинно-карстовых водоносных горизонтов отличается
исключительно большим разнообразием.
Амплитуда годовых колебаний уровней на разных участках одних
и тех же областей и в разных карстовых областях колеблется в очень
больших пределах. Так, В. К- Колотилыциков для силурийского плато
отмечает четыре группы участков: 1) первую группу с амплитудой до
16 м\ 2) вторую группу с амплитудой 5—10 л*; 3) третью группу с ампли-
тудой 1—4 м и 4) четвертую группу с амплитудой 0,5—2 м.
Наибольшие значения амплитуды были отмечены М. В. Чуриновым
(1959 г.) в Байдарской котловине (Крым) — до 34 м и Н. И. Плотнико-
вым и др. (1957) на Урале — 30—40 м.
Исследователи отмечают четкую зависимость величины амплитуды
колебаний уровня трещинно-карстовых вод от степени закарстованности:
чем меньше значение величины скважности и закарстованности, тем
больше амплитуда колебаний уровня. Режим карстовых родников слу-
жит очень характерным показателем зарегулированности и постоянства
карстового водоносного горизонта. На Силурийском плато расходы оди-
ночных родников колеблются в пределах от 0,5 до 100 л/сек. На склонах
Пандиверской возвышенности в Эстонской ССР расходы отдельных род-
ников достигают 400—450 л]сек, которые дают начало рекам. Например,
родник Симуна с расходом 400 л]сек дает начало р. Педья и т. д.
Степень зарегулированности этих источников неодинакова. Наи-
более зарегулированные источники характеризуются коэффициентом
динамичности, равным 1,4 наименее зарегулированные из них имеют ко-
эффициент динамичности равный 20.
Описывая режим химического состава карбонатных карстовых вод
Южного берега Крыма, В. А. Протасов (1962 г.) констатирует его зна-
чительные колебания в течение года. Им подчеркивается также тесная
связь режима карстовых вод с атмосферными осадками при общей
весьма невысокой минерализации трещинно-карстовых вод карбонатных
массивов.
ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
ЗАПАСОВ ТРЕЩИННО-КАРСТОВЫХ
ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ
Оценка эксплуатационных запасов трещинно-карстовых вод должна
производиться, как и для других водоносных горизонтов, двумя взаим-
но проверяющими методами из трех известных групп методов: балансо-
вым, 'гидравлическим и гидродинамическим.
Балансовые методы дают возможность подсчитать величину пита-
ния трещинно-карстового водоносного горизонта в том 'случае, когда
карстовый горизонт получает свое основное питание за счет поглощения
поверхностных водотоков, расход которых может быть достаточно точно
измерен гидрометрическими методами.
Указанный метод был детально разработан институтом ВОДГЕО и
применен при оценке эксплуатационных запасов карстовых вод для во-
доснабжения одного из городов (Попов и Баранов, 1952). Сущность его
заключается в установлении зависимости между расходом водотока, ко-
личеством поглощаемой воды и уровнем карстовых вод. Важно опреде-
лить также пути и величину расходования поглощаемых вод.
В тех районах, где карстовые воды хорошо проявляются в виде вы-
ходов отдельных крупных постоянно действующих родников, системати-
ческие наблюдения за режимом этих родников и детальный учет при-
ходных элементов водного баланса позволяет установить связь между
14 Зии. к?	209
эксплуатационными запасами карстовых вод и величиной питания. При
этом область питания должна быть определена с достаточной точностью
в процессе производства гидрогеологической съемки.
В описанных случаях балансовые методы для трещинно-карстовых
водоносных горизонтов в 'большинстве случаев могут являться одним
из надежных методов оценки эксплуатационных запасов.
В карстовых районах закрытого типа, где карстовые воды не имеют
открытого проявления на поверхности, разгрузка их в речные долины
большей частью скрыта в аллювиальных отложениях русла или террас,
а восполнение запасов рассредоточено на большой площади области
питания. Применение .балансового метода сопряжено с необходимостью
детального изучения всех элементов водного баланса района в отдель-
ности.
Гидравлические методы, основанные на данных, полученных в про-
цессе опытных откачек, позволяют путем экстраполяции по кривым де-
бита, с учетом взаимодействия, непосредственно определять производи-
тельность водозабора. Особенностью трещинно-карстовых водоносных
горизонтов в данном случае является то, что степень трещиноватости
и фильтрационные свойства их по вертикали не остаются постоянными.
В случае уменьшения трещиноватости с глубиной ее водопроницаемость
должна изучаться путем поинтервального опробования.
Для применения гидродинамических методов необходимо усред-
нение гидрогеологических параметров водоносных пород, что встречает
в ряде случаев серьезные затруднения вследствие изменчивости водопро-
ницаемости пород на близких расстояниях и неопределенности нижней
границы обводненной зоны. В связи с этим расчеты запасов гидродина-
мическими методами требуют контроля балансовыми ресчетами. При
оценке запасов гидродинамическими методами точность прогнозов мо-
жет быть существенно повышена применением моделирования.
Для выбора граничных условий водоносных горизонтов как в раз-
резе (определение нижней границы пласта или глубины залегания водо-
упора, правильное представление о характере уровня водоносного го-
ризонта, о границе перехода его из свободного в напорный), так и в
плане прежде всего следует изучить, как ограничен карстовый водонос-
ный горизонт в плане. Например, наличие на участке разведки реки или
зон тектонических разломов уже дает основание говорить о полуограни-
ченном в плане пласте. Река, протекающая на участке разведки или
вблизи его, если ее расход заведомо превышает расход водозабора в те-
чение круглого года, при расчетах в большинстве случаев должна быть
принята за контур постоянного напора. В этом случае расчетная схема
должна соответствовать полуограниченному в плане пласту с постоян-
ным напором на границе.
Линии тектонического разлома, по которым обычно карстующиеся
породы контактируют с породами некарстующимися, в большинстве
случаев должны быть приняты за непроницаемые контуры. Если линии
тектонического разлома проходят внутри массива карстующихся по-
род, по своему характеру они могут являться или наиболее водопро-
ницаемой зоной и представлять собою коллектор или оказаться заколь-
матированной, водонепроницаемой зоной. В последнем случае такие зо-
ны иногда делят массив на изолированные друг от друга части и долж-
ны приниматься за непроницаемый контур.
В платформенных областях среди трещиноватых карстующихся по-
род, как правило, формируются водоносные горизонты со свободным
местным и региональным стоком, из которых первый направлен к мест-
ным рекам, второй — по общему направлению падения пологой струк-
туры к региональному базису эрозии. При этом зоны повышенной за-
карстованности обычно располагаются вдоль долин местных рек, зату-
хая к водоразделам. В этом случае, если река имеет круглый год обес-
210
печенный расход, ресчетная схема для оценки запасов гидродинамичес-
кими методами может быть принята как полуограниченный пласт с кон-
туром постоянного напора. При ‘размещении участка в междуречье двух
многоводных рек расчетная схема должна соответствовать пласту-поло-
се, с двумя контурами постоянного напора. Во всех случаях в процессе
разведки очень важно изучить степень гидравлической связи трещинно-
карстовых вод с реками, а также оценить степень кольматации русел
и изоляции их от закарстованных участков.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Гидрогеологические исследования для целей водоснабжения в кар-
стовых районах должны дать ответы на следующие главнейшие вопросы
для подсчета эксплуатационных запасов подземных вод.
1.	Состав, геологическая история и границы распространения кар-
стующихся и окружающих их пород в плане и в разрезе.
2.	Характер закарстованности пород, изменение ее с глубиной, связь
со структурой, тектоникой и геоморфологией
3.	Местоположение наиболее раскарстованных зон.
4.	Условия питания и разгрузки карстовых вод, общий, водный ба-
ланс и, в частности, баланс подземных вод карстовой области в целом
или отдельных ее районов.
5.	Гидродинамическая характеристика карстующихся пород на раз-
личных участках в плане и по глубине их распространения.
6.	Качество подземных вод в закарстованных и окружающих их по-
родах.
7.	Режим .карстовых вод данной области и его связь с режимом под-
земных вод окружающих районов.
Решение поставленных вопросов требует проведения следующих
работ:
1)	гидрологической съемки с использованием геоботанических
и геофизических методов исследований;
2)	гидрогеологических исследований с постановкой гидрометричес-
ких работ на водотоках карстовой области;
3)	буровых работ, сопутствуемых геофизическими исследованиями;
4)	опытных и опытно-эксплуатационных работ;
5)	изучения режима подземных вод карстовой области;
6)	моделирования в целях уточнения основных гидрогеологических
параметров трещинно-карстового водоносного горизонта и окружаю-
щих его пород.
Перечисленные здесь виды исследований проводятся, как правило,
в три этапа: поиски, предварительная разведка и детальная разведка.
Соблюдение этапности особенно необходимо в районах развития
карстовых процессов.
На стадии поисков производится общее освещение гидрогеологии
исследуемого района. Все водоносные горизонты изучаются в равной
степени в отношении литолого-стратиграфического строения, водообиль-
ности, пористости, химического состава и др. Одновременно с этим изу-
чается зона аэрации и другие комплексы, разделяющие водоносные
толщи или контактирующие с ними, с целью выяснения их роли в пи-
тании, дренировании или изоляции водоносных горизонтов.
Производство перечисленных здесь отдельных 'видов изысканий для
изучения подземных вод в карстовых районах помимо общих черт имеет
свои специфические особенности.
Гидрогеологическая съемка для изучения карстовых областей яв-
ляется 'важнейшим видам гидрогеологических исследований. Масштаб
и районы съемки определяются этапом и общими задачами изысканий.
В карстовом районе гидрогеологическая съемка должна проводиться в
14*	211
масштабе не мельче 1:50 000, так как картирование карстовых форм
в более мелких масштабах не позволит выявить всех особенностей про-
явления карста.
Площадь исследований выбирается с таким расчетом, чтобы в гра-
ницы съемки был включен весь бассейн, вся предполагаемая область
питания будущего источника водоснабжения. Ею предположительно
может являться не только бассейн реки, входящей в район съемки, но
и ближайшие водоразделы, так как очень часто в карстовых областях
границы поверхностных и подземных водоразделов не совпадают.
В карстовых областях водозаборные сооружения следует располагать
выше по потоку подземных вод от объекта водоснабжения, поэтому при
определении границ съемки это требование также необходимо строго
учитывать.
В процессе проработки литературных и фондовых материалов перед
началом гидрогеологической съемки в карстовом районе, особое внима-
ние следует обращать на все прямые и косвенные указания о развитии
карста: наличие пещер, провальных озер, просадок шоссейных и желез-
ных дорог, исчезающих рек, слепых оврагов, малой расчлененности гид-
рографической сети, резкого изменения расходов рек и родников, про-
валов бурого снаряда при бурении, быстрого поглощения глинистого
раствора и др.
В процессе предварительного ознакомления с материалами особое
внимание обращается на изучение действующих водозаборов, шахт и
карьеров, забирающих воду из карстовых водоносных горизонтов.
Материалы аэрофотосъемки следует максимально использовать. При
проявлении карстовых форм на поверхности материалы аэрофотосъемки
позволяют оценить не только сам масштаб карстопроявлений, но и, что
особенно важно, проследить основные направления развития карстовых
форм, приуроченность их к определенным литологическим и стратигра-
фическим разностям пород, а также связь их с геоморфологией района
и рельефом.
Гидрогеологическая съемка в карстовых районах в значительной
мере сводится к картированию и подробному описанию карстовых про-
явлений на поверхности земли.
Индивидуальный учет и описание карстовых форм на поверхности
земли совершенно необходимы как для составления общей картины при-
уроченности различных форм к разным геоморфологическим элементам,
так и для того, чтобы статистическим методом оценить степень закарсто-
ванности пород (А. А. Маккавеев, Н. В. Родионов и др., 1962 г.).
Н. В. Родионов предлагает следующие градации: 1) слабо закар-
стованные районы — до 20 воронок на 1 км2-, 2) закарстованные— от
20 до 50 воронок на 1 км2 и 3) сильно закарстованные — более 50 во-
ронок на 1 км2. При использовании этого метода должны обязательно
отмечаться размеры и форма карстовых воронок в плайе и разрезе, сос-
тав пород, обнажающихся в днище и стенках, характер их трещинова-
тости кавернозности, степень задернованности днищ и боковых скло-
нов, наличие понор, а также приуроченность отдельных форм к различ-
ным элементам рельефа.
Нахождению и картированию карстовых провальных воронок и по-
нижений в значительной степени могут способствовать геоботанические
методы. Их использование особенно эффективно при исследованиях в
степных и полупустынных районах. Наибольший эффект был получен
при аэровизуальных маршрутах (В. И. Баранов, 1938 г.; А. А. Гребен-
щикова, 1939 г.; А. А. Григорьев, 1922 г.; С. В, Викторов, 1955).
Важнейшими элементами гидрогеологической съемки в карстовых
районах являются учет и описание, с последующим изучением всех во-
допроявлений в районе: родников, временных и постоянных водотоков,
озер, заболоченностей и др. В процессе описания и картирования родни-
212
ков особенно важно отмечать высотное положение выхода подземных
вод как относительно местного базиса эрозии, так и в абсолютных отме-
тках. Подобная двойная привязка позволит увязать выходы родников
с наложением гидродинамических зон трещинно-карстовых вод и наме-
тить основные направления потоков карстовых вод, их области разгруз-
ки и питания.
Основные маршруты гидрогеологической съемки, как правило, дод<
жны проходить по долинам рек и их притоков с тем, чтобы наиболее
четко выявить связь геоморфологии с карстом и роль новейшей тектони-
ки в его развитии.
При обследовании постоянных и временных водотоков обязательно
проводятся наблюдения за температурой воды в реках. В плесах изме-
рять температуру надо на разных глубинах и у разных берегов для воз-
можности выявления подводных выходов трещинно-карстовых вод. С
этой целью Л. А. Шимановский (1936 г.) особенно рекомендует проведе-
ние зимних маршрутов, при которых массовые подводные выходы под-
земных вод делаются хорошо заметными.
При обследовании рек обязательно измерение их расхода. Это поз-
волит уже в процессе съемки отметить места, где наблюдается уменьше-
ние расхода реки вследствие потерь воды на инфильтрацию в днище
или, наоборот, увеличение его за счет выклинивания карстовых вод. В
этих местах следует организовать створы для проведения стационарных
гидрометрических работ.
Водомерные пункты должны быть намечены и на имеющихся озе-
рах. Систематические наблюдения за уровнем в них позволят определить
их связь как с колебаниями уровня трещинно-карстовых вод, так и с
метеорологическими факторами.
Описание родников должно сопровождаться измерением их расхо-
да, качества и температуры воды. При этом наиболее важные из них,
имеющие значение как источники водоснабжения или как типовые, ха-
рактеризующие режим трещинно-карстовых вод, должны быть намечены
для стационарных наблюдений.
В процессе производства съемки должны быть определены и оконту-
рены основные области питания, транзита и разгрузки трещинно-кар-
стовых вод, поэтому весной необходимо провести специальные работы
по изучению весеннего стока, выявлению пунктов поглощения весеннего'
стока и определению общего объема поглощения. На отдельных участ-
ках, типовых для изучаемых регионов, следует поставить снегомерные
съемки. Одновременно в областях разгрузки производятся учащенные
наблюдения за расходом родников, рек и других объектов.
При изучении пещер важно обратить внимание на основные направ-
ления развития карстовых полостей и их взаимоотношение с главными
направлениями трещиноватости, на водопроявления в пещерах, на про-
цессы конденсации влаги, просачивания с поверхности земли, на связь
подземных и поверхностных карстовых форм, на наличие озер и тран-
зитных водотоков в пещерах, их областей питания, дальнейших путей
следования потоков и разгрузки, на химический состав пещерных вод в
различных их проявлениях в разных участках пещеры и др.
Гидрогеологическая съемка в карстовых районах обязательно соп-
ровождается геофизическими и буровыми работами. Это особенно важно
в областях закрытого и перекрытого карста.
Геофизические работы в процессе съемки в благоприятной геоэлек-
трической ситуации позволяют различными методами решить целый
ряд вопросов:
1)	картировать глубину залегания кровли карстующихся пород;
2)	обнаружить и проследить на местности зоны тектонических раз-
ломов и нарушений, по которым циркулируют мощные потоки карстовых
вод;
213
3)	обнаружить и проследить подземные карстовые полости;
4)	провести русловые и береговые исследования с целью определе-
ния скрытых под аллювием мест разгрузки трещинно-карстовых вод
или утечки речных вод в карстовые каналы;
5)	произвести детальное опробование одиночных скважин с целью:
выделения в разрезе скважины зоны активного водообмена, ориентиро-
вочного определения скорости фильтрации на разных глубинах и оценки
фильтрационной способности пород на отдельных интервалах разреза,
определения направления и действительной скорости течения подземных
вод, а также степени кавернозности пород на различных глубинах.
Перечисленные вопросы решаются в основном применением следую-
щих методов электроразведки: электропрофилирование, вертикальное
электрическое зондирование и его круговые модификации, способ есте-
ственных электрических полей фильтрации, а также различные скважин-
ные методы: резистивиметрия, термометрия, метод заряженного тела,
кавернометрия и др.
В последние годы в карстовых районах были удачно применены и
некоторые другие геофизические методы: сейсморазведка (В. С. Поле-
вой, 1963 г.), радиоволновое просвечивание (А. Д. Фролов, 1963 г.) и
высокочастотная разведка (В. К. Хмелевской, 1963 г.).
Бурение картировочных скважин в процессе производства гидро-
геологической съемки помимо общих задач, описываемых в методичес-
ких руководствах по съемке, в карстовых районах имеет свои особые
цели. При этом детально изучаются кровля карстующихся пород и глу-
бина ее расположения от поверхности земли, характер закрытости кар-
ста и степень защищенности карстовых вод от загрязнения при инфиль-
трации атмосферных осадков, глубина залегания уровня трещинно-кар-
стовых вод и мощность активной зоны карстующихся пород, а также
изменение высоты пьезометрического уровня подземных вод в массиве
по мере увеличения глубины.
Для этих целей в процессе бурения производятся детальные наблю-
дения за величиной поглощения промывочной воды в процессе углубки
скважины и отмечаются как интервал поглощения, так и интенсивность
его; тщательно отмечаются все наблюдаемые провалы бурового снаряда,
замеряется величина провала и характер заполнителя (глина, песок,
щебень, доломитовая мука и др,). с обязательным отбором образцов
заполнителя; проводится систематическая по мере углубки скважины
прокачка с целью поинтервального опробования горизонта на водо-
обильность по разрезу, с отбором проб на химический анализ воды. При
наличии в партии тампонов, позволяющих произвести поинтервальное
опробование на любой глубине, опробование в процессе бурения можно
не производить.
При очень большой мощности карстующихся пород, если в данном
районе она неизвестна, целесообразно заложить одну глубокую карти-
ровочную скважину, типа структурной, в задачи которой должно входить
не только подсечение нижней границы карстующихся пород, но и поин-
тервальное опробование их откачками или с помощью геофизических
методов.
Обработка кернового материала с целью изучения трещиноватости
и закарстованности пород проводится обязательно в процессе производ-
ства бурения скважины, так как размеры и количество трещин в керне
от долгого соприкосновения с воздухом могут сильно измениться: от пе-
ресыхания, зимой — от размораживания. Поэтому в журналах по изу-
чению трещиноватости и закарстованности керна необходимо отме-
чать дату подъема керна и дату его обработки, а при описании его
определять линейный и объемный коэффициенты закарстованности
(И. А. Печеркин, 1963 г.), процент выхода керна и степень его
сохранности.
214
Размещение картировочных буровых скважин в процессе съемочных
работ производится на основании данных геофизических исследований
с обязательным учетом геолого-геоморфологических условий района. Это
особенно важно при картировании речных долин и прослеживании зон
тектонических разломов и нарушений. Однако в процессе проведения ги-
дрогеологической съемки, как уже указывалось, вся площадь съемки дол-
жна быть освещена равномерно с достаточно полным описанием всех
комплексов пород. Поэтому большая часть картировочных скважин рас-
полагается на геологически закрытых участках.
Объем гидрометрических работ в период проведения поисков обы-
чно ограничивается измерением расходов рек и родников, организацией
стационарных гидрометрических створов и производством снегомерных
съемок. В этот же период наиболее важные с точки зрения характерис-
тики водоносных горизонтов, картировочные скважины оборудуются для
проведения режимных наблюдений.
Дальнейшие разведочные работы в зависимости от заявленной пот-
ребности в воде и выявленных на поисковой стадии запасов продолжа-
ются в одном или нескольких перспективных районах.
Предварительная разведка проводится с целью выбора участка
(или участков) для расположения водозабора и производства на
них в дальнейшем детальной разведки. В карстовых районах, как пра-
вило, такие участки становятся известными в результате поисково-съемо-
чных работ. Чаще всего это бывает в тех случаях, когда поисковые ра-
боты сопровождаются гидрогеологической съемкой масштаба 1:50 000
или 1 : 25 000; в этих условиях предварительная разведка, как отдель-
ный этап, не выделяется.
Во всех случаях в процессе проведения разведочных работ выяв-
ленные при гидрогеологической съемке перспективные по наибольшей
обводненности участки должны быть детально изучены и оконтурены
с помощью разведочных буровых скважин. В горноскладчатых карсто-
вых районах такие участки обычно приурочены к линиям разломов, час-
то внешне ничем не обозначенным на местности или отмеченным иногда
лишь слабой цепочкой карстовых воронок. В платформенных областях
указанные участки чаще всего приурочены к долинам рек, где закарсто-
ванность больше, чем на водораздельных участках.
Если на основе поисково-разведочных, картировочных и наблюда-
тельных скважин удастся составить карту гидроизогипс района, то наи-
более обводненные участки можно будет проследить на этой карте по
наиболее разреженным гидроизогипсам. По картам изоом, составленным
по результатам электропрофилирования, также можно проследить
участки с высокой фильтрационной способностью закарстованных
пород. Эти участки будут простираться вдоль полосы низких сопро-
тивлений.
Перечисленные признаки могут считаться прямыми показателями
обводненных участков. На наличие обводненных участков в известняках
в карстовых районах могут указывать также бессточные западины, сле-
пые овраги, вообще — участки, расположенные вблизи поверхностных
водотоков и водоемов. На перспективных участках целесообразно зало-
жение небольших поперечников, пересекающих речные долины или бес-
сточные понижения и слепые овраги, а также указанные выше долины
подземных водотоков, прослеживаемые по картам гидроизогипс или
изоом. Многие из пройденных разведочных скважин целесообразно ос-
тавить в качестве наблюдательных для кустовых откачек или для произ-
водства стационарных наблюдений за режимом трещинно-карстовых
вод.
Геофизическими исследованиями в 'комплексе с бурением разведоч-
ных скважин изучается трещиноватость карстующихся пород по верти-
кали и определяется степень кольматации трещин и карстовых пустот.
215
Для трещинно-карстового водоносного горизонта на данном этапе
важно также выяснить возможные источники загрязнения карстовых
вод, оценить необходимые размеры и расположение зон санитарной ох-
раны и согласовать их с местными санитарными органами и проектными
организациями.
В состав полевых гидрологических работ должно входить:
1)	проведение временных (не менее 2—3 лет) стационарных наблю-
дений за изменением поверхностного стока всего водосборного бассей-
на как на отдельных его участках, так и в целом по бассейну, играюще-
му решающую роль в формировании трещинно-карстовых вод района
(Л. А. Владимиров, 1963; В. А. Балков, 1963);
2)	изучение метеорологических условий для данного бассейна реки;
3)	изучение величины инфильтрации атмосферных осадков и весен-
них вод на специально оборудованных типовых площадках, на которых
в зимнее и весеннее время проводятся снегомерные съемки.
Расположение гидрометрических створов района, изучающих пог-
лощение поверхностных вод и выклинивание подземных вод на отдель-
ных участках реки или ее притоков, должно устанавливаться по данным
гидрогеологической съемки.
Особое внимание на стадии предварительной разведки уделяется
производству опытных откачек как из одиночных скважин, так и на
опытных кустах. На этом этапе должны быть изучены кривые дебита
скважин, определена водоотдача пласта, изучены коэффициенты филь-
трации и уровнепроводности, ставятся специальные опытные откачки
на определение связи с поверхностными водотоками и водоемами.
В разведочных скважинах пробные откачки производятся после
предварительных прокачек скважин от шлама и песка. Скважина,
имеющая значительную водообильность, опробуется одиночной опытной
откачкой. Для карстовых районов надо иметь в виду, что с глубиной
часто резко уменьшается закарстованность и трещиноватость пород; при
этом в условиях безнапорных вод будет уменьшаться и водообильность
скважины. Это особенно характерно для платформенных областей при
горизонтальном или очень пологом залегании пластов карстующихся
пород. В этих случаях, если при откачке будут сделаны малые пониже-
ния, экстраполяции по полученным кривым дебита даст завышенные ре-
зультаты. Вот почему в карстовых районах понижения при откачках
должны быть соизмеримы с мощностью активной зоны, и максимальное
понижение должно несколько превосходить возможное понижение уро-
вня при эксплуатации.
Для получения гидравлических характеристик трещинно-карстово-
го водоносного горизонта и для изучения взаимодействия скважин меж-
ду собой после проведения одиночных опытных откачек производятся
групповые откачки.
Проведение групповых откачек и детальное изучение гидравличес-
ких характеристик пласта в трещинно-карстовых районах целесообразны
для определения восполняемости подземных вод в процессе эксплуата-
ции водозаборов.
Производство опытных кустовых откачек в карстовых районах имеет
особенно важное значение для изучения фильтрационной «неоднородно-
сти, которой характеризуются закарстованные породы. Учитывая исклю-
чительную неравномерность в распределении трещин и карстовых поло-
стей, с целью получения наиболее осредненных, а следовательно, и более
надежных данных по условиям водопроводимости карстовых массивов
А. Г. Лыкошин (1957 г., 1963 г.) рекомендует использовать кустовые от-
качки для изучения оснований под плотины в таких районах по методу
больших депрессий.
Присоединяясь к мнению А. Г. Лыкошина, мы рекомендуем для оп-
ределения параметров в первую очередь максимально использовать су-
216
ществующие в районе и эксплуатирующиеся в аналогичных условиях
карьеры и шахты с уже сформировавшейся депрессионной воронкой,
а также эксплуатирующиеся в одинаковых условиях водозаборы трещин-
но-карстовых вод и др.
Если в процессе проведения съемочных и геофизических работ оси
анизотропии закарстованных пород уже выявлены достаточно опреде-
ленно, то для кустовых откачек лучи наблюдательных скважин правиль-
нее расположить в направлении выявленных осей, т. е. параллельно
и перпендикулярно направлениям наблюдаемой в районе основной тре-
щиноватости.
Задачи кустовых откачек не ограничиваются только изучением филь-
трационных свойств закарстованных пород и определением коэффици-
ентов фильтрации их в различных направлениях. Для карстовых рай-
онов очень важными являются также следующие вопросы:
1)	выявление степени взаимосвязи подземных вод с имеющимися
поверхностными водоемами — озерами, прудами, реками, водохранили-
щами;
2)	изучение водопроницаемости зон тектонических нарушений и сте-
пени их кольматации;
3)	изучение контактов карстующихся пород с вмещающими некар-
стующимися породами;
4)	возможность подтока подземных вод смежных водоносных го-
ризонтов с иным химическим составом в процессе эксплуатации трещин-
но-карстового водоносного горизонта.
Все перечисленные вопросы решаются в процессе производства кус-
товых опытных откачек путем заложения наблюдательных скважин.
Например, для изучения связи с рекой и степени кольматации ее русла
одну из наблюдательных скважин, расположенных в створе между ре-
кой и опытной скважиной, лучше заложить на противоположном берегу
реки от места расположения опытного куста.
Изучение режима трещинно-карстового водоносного горизонта яв-
ляется важным звеном в общем комплексе исследований для оценки
эксплуатационных запасов. К систематическим наблюдениям за режи-
мом карстовых водотоков и родников, а также уровней трещинно-карсто-
вых вод по скважинам следует приступать уже на стадии съемки с тем,
чтобы обеспечить возможно большую длительность наблюдений (для
карста это важно, так как режим подземных вод может существенно
изменяться по годам). По мере бурения поисковых и разведочных сква-
жин они должны включаться в сеть наблюдений.
Следует подчеркнуть, что для карстовых районов наблюдения за ре-
жимом родников и уровнями воды в скважинах и поверхностных водо-
емах не должны ограничиваться только формальными замерами через
определенные промежутки времени. Необходимо также в определенные
периоды проведение ежедневных, а может 'быть, и более частых наблю-
дений по отдельным родникам, скважинам и постам, которые позволят
связать их режим с метеорологическими факторами. Например, такие
учащенные и «внеурочные» наблюдения надо проводить в периоды сне-
готаяния, в отдельные дождливые периоды, в период летних ливневых
дождей и т. п. В указанные периоды эти наблюдения должны быть ком-
плексными, т. е. должны включать уровни воды и температуру, расходы
родников, их химический состав и количество взвешенных веществ в во-
де, а также количество выпавших за этот период осадков и их химиче-
ский состав.
Изучение режима трещинно-карстовых вод и сопоставление его с
метеорологическими данными помогут ответить не только на ряд непос-
редственных вопросов, касающихся режима водоносного горизонта (ма-
ксимальные и минимальные уровни трещинно-карстовых вод и время их
наступления, максимальные и минимальные амплитуды колебаний уров-
217
ня, размещение их по району и приуроченность к определенным усло-
виям, коэффициент динамичности родников и зависимость его от место-
положения и приуроченности родников и т. п.), но и решить такие вопро-
сы, как величина коэффициента инфильтрации осадков, коэффициент во-
доотдачи закарстованных пород, продолжительность периода независи-
мого режима родников и регулирующая роль карста в водном балансе
района.
Режим трещинно-карстовых вод изучается в комплексе сю всеми
другими водоносными горизонтами, смежными с карстующимися поро-
дами как по вертикальному разрезу, так и в плане.
Методика изучения фильтрационных свойств закарстованных пород
разработана недостаточно, что связано с неравномерной их закарстован-
ностью.
В настоящее время следует смелее внедрять в практику новые ме-
тоды изучения фильтрационной неоднородности. Это прежде всего отно-
сится к устройству фильтрационных опытных узлов и откачек по схемам
В. Д. Бабушкина (1954) и В. М. Шестакова (1955).
В 1963—1964 гг. лабораторией МГРИ совместно со вторым гидро-
геологическим управлением (И. К. Гавич и Б. В. Боровский) были пос-
тавлены опыты по моделированию кустовой откачки на гидроинтегра-
торе Лукьянова. Опытно-эксплуатационная откачка проводилась на
одном из сложных объектов месторождения трещинно-карстовых вод
в Казахстане. После того, как были выполнены расчеты коэффициентов
фильтрации и вычерчены карты гидроизогипс по данным, полученным
при откачке, была построена модель участка и проведено моделирование
опытной откачки с целью уточнения полученной фильтрационной харак-
теристики водоносных пород как пласта известняков, так и вмещающих
его скальных пород другого генезиса.
Проведенные работы после многих 'вариантов позволили не только
уточнить основные параметры пласта на различных его участках и глу-
бинах, но и на их основе дать прогноз уровня на конец многолетней
эксплуатации подземных вод.
В процессе детальной разведки в основном проводится изучение
участков водозабора для подсчета эксплуатационных запасов по про-
мышленным категориям. В программу работ детальной разведки место-
рождения трещинно-карстовых вод должны входить следующие основ-
ные виды работ: составление детального плана участка месторождения
в границах, полностью охватывающих участок водозабора в масштабе
1 : 5000—1 : 10 000 в зависимости от сложности карстового района; бу-
рение разведочно-эксплуатационных скважин применительно к схеме на-
меченного водозабора, и точках, ранее изученных разведочными или по-
исковыми скважинами и показавшими при пробных и опытных откачках
наличие сильно обводненной зоны локальной трещиноватости.
Групповая опытно-эксплуатационная откачка проводится из разве-
дочно-эксплуатационных скважин с суммарным дебитом и режимом от-
качки, близким к эксплуатационному. Должны быть продолжены и дру-
гие работы, начатые еще в период поисков: уточнение гидрогеологиче-
ских параметров, дальнейшее изучение химического состава и др.
Водозаборы трещинно-карстовых вод целесообразно располагать на
участках максимальной обводненности. В горноюкладчатых районах они,
как правило, соответствуют зонам тектонического дробления, к ним при-
урочивается наибольшая раскарстованность, а иногда и выходы родни-
ков. Такие сильно закарстованные зоны являются естественными дре-
нами, подземными коллекторами, собирающими подземные воды с боль-
ших площадей. Вот почему на карте гидроивогипс такие участки приу-
рочены к наиболее низким абсолютным отметкам поверхности грунтовых
вод. Если в разведочно-эксплуатационной скважине, пройденной на та-
ком участке, при максимальной производительности насоса не было дос-
218
тцгнутс максимально допустимое по условиям эксплуатации понижение,
то в данной точке, т. е. в непосредственной близости от первой скважины,
целесообразно заложить одну-две разведочно-эксплуатационные сква-
жины для производства в них одновременной откачки и получения мак-
симально .возможного количества воды на данном участке.
В карстовых районах, независимо от степени обеспеченности за-
пасов, производительность скважин в первый период может оказаться
очень большой (даже создает впечатление ложного благополучия), поэ-
тому опытно-эксплуатационные откачки проводятся достаточно мощны-
ми в периоды наиболее низких меженных уровней при отсутствии воз-
можного восполнения от периодически действующих факторов (весен-
ний паводок, ливневые осадки, наводнение и др.). Опытно-эксплуата-
ционную откачку необходимо проводить при постоянном расходе в тече-
ние достаточно длительного времени беспрерывно (1,5—2 месяца). За
этот период можно изучить закономерности в сработке статического
уровня водоносного горизонта на данном участке, что даст необходимый
материал для расчета эксплуатационных запасов подземных вод.
Глава XVII
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КОНУСОВ ВЫНОСА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
КОНУСОВ ВЫНОСА
Конусы выноса, или «сухие дельты» (по В. Н. Веберу), прос-
леживаются .на огромном протяжении вдоль предгорий Джунгарского
Алатау, Киргизского хребта, западных отрогов Тянь-Шаня, Туркестан-
ского хребта, Копет-Дага, в Закавказье и в других районах. Они отла-
гаются в местах выхода горных потоков на равнину или в межгорную
впадину. Н. И. Плотников (1959) в долинах рек Средней Азии выде-
ляет два типа конусов выноса: 1) внутридолинный, формирующийся в
горных условиях на участках резкого расширения речной долины, и
2) периферийный, образование которого происходит при выходе речной
долины из горных ущелий в предгорную равнину.
Конусы выноса в зависимости от геолого-структурного положения
различаются своими размерами, геологическими, морфологическими
и гидрогеологическими 'особенностями. На различных участках предгор-
ных впадин формируются конусы выноса с различной мощностью рых-
лообломочных отложений. При значительных глубинах прогибания об-
разуются конусы выноса с мощностью рыхлых отложений, достигающей
3000 м и более. Отсутствие предгорного прогиба обуславливает образо-
вание плоских конусов выноса с мощностью рыхлообломочных отложе-
ний, не превышающей 200—300 м. Большинство конусов выноса обычно
отчетливо выражено в рельефе, образуя выпуклость над межконусными
понижениями высотой 20—50 м и более. В тех случаях, когда конусы
выноса образованы выносами рек, расположенными друг возле друга,
они сливаются между собой в предгорный шлейф.
Общим для всех конусов выноса является закономерная смена в
горизонтальном направлении грубообломочных фракций мелкозернисты-
ми по мере удаления от области сноса. Эта закономерная смена литоло-
гического состава конусов выноса обусловливается общей зональностью
континентальных отложений межгорных депрессий, подробно рассмот-
ренной в работах В. И. Попова (1950 г., 1951 —1956 гг.) на примере
Ферганской котловины.
На указанной территории им выделяются следующие фациально-
ландшафтные пояса осадков:
1)	склоновый пояс (коллювиальный);
2)	подгорно-веерный пояс (пролювиально-равнинный);
3)	равнинно-долинный (аллювиально-равнинный).
Склоновый пояс расположен в виде маломощного шлейфа на скло-
нах гор и у их подножий. Он сложен осадками, образовавшимися в ре-
зультате гравитационных процессов на склоне. Два следующих пояса
расположены в зоне аккумуляции осадков.
Подгорно-веерный пояс включает отложения конусов выноса, сне-
сенных с гор поперечными к ним потоками. В этом поясе выделяются
220
три фациальные зоны: веерно-обломочная (щебнево-галечная), веерно-
мелкозернистая, сложенная преимущественно лёссовыми осадками, и" ве-
ерно-застойная, на которой широкое развитие получили бессточные по-
нижения. В равнинно-долинный пояс входят осадки, отложенные р. Сыр-
Дарьей.
В соответствии с описанной выше зональностью континентальных
отложений (на примере конуса выноса р. Сох (рис. 31) в Ферганской
котловине) В. А. Гейнцем (1959) выделяется несколько зон, отличаю-
щихся по условиям питания, стока и разгрузки подземных вод: 1) зона
поглощения поверхностного стока и транзита подземных вод; 2) зона ин-
Рис. 31. Продольный геологнч&скнй разрез конуса выноса р. Сох (по В. А. Гейнцу)
/ — галечники; 2 — пески; 3 — пески с гравием и галькой; 4 — суглинки, глины н супеси с лин-
зами песка и галечников; 5 — мелкозернистые пески и супесн с прослоями суглинка. Комплекс
четвертичных отложений: Qsr — сырдарьинский, Qg — голодностепский, Qf — ташкентский
тенсивного выклинивания подземных вод; 3) зона слабого выклинивания
грунтовых вод и 4) зона неглубокого залегания грунтовых вод.
Первая зона, расположенная в головной части конуса выноса, сло-
жена толщей галечниковых отложений, которые по мере движения от
гор к равнине, на некотором расстоянии от вершины конуса выноса, пос-
тепенно замещаются вначале песками, а далее суглинками и глинами
(на конусе выноса р. Сох галечниковая зона прослежена приблизительно
на 16 км).
В головной части конуса выноса, сложенной галечниками, имеющи-
ми большую водопроницаемость, накопление подземных вод происходит
за счет инфильтрации воды из речных русел, стекающих с горных скло-
нов, из ирригационной сети, за счет атмосферных осадков, выпадающих
на поверхность галечниковой толщи и притока воды из коренных отло-
жений горных склонов. Однако основная роль в питании подземных вод
головной части конуса выноса принадлежит интенсивному поглощению
поверхностного стока, который движется до уровня подземных вод обыч-
но с неполным заполнением пор грунта. Так, по данным В. Ф. Шлыги-
ной (1963), в общей величине питания подземных вод конусов выноса
Заилийского Алатау инфильтрационные воды составляют: из русел рек
50—60%, из ирригационной сети 10—16%, с орошаемых полей 9—10%,
атмосферные осадки 9%, подземный сток со стороны горного массива
8-14%.
221
По К. Г. Ганиеву, в конусах выноса Шахриста некой котловины по-
верхностный сток (5—7 мъ1с0к.) с Туркестанского хребта полностью рас-
ходуется на инфильтрацию и водозабор на поля орошения. Сквозные
водные артерии на конусах выноса фиксируются только в период про-
хождения паводков, в остальное время года русла рек сухие.
Зеркало грунтовых .вод в головной части галечниковой толщи за-
легает на значительных глубинах—в пределах от 20 до 100 м,. Ниже
головной части конуса выноса, в связи с веерным замещением песчано-
галечниковой толщи суглинками и глинами, происходит разделение по-
тока подземных вод по вертикали на ряд водоносных горизонтов.
Водоносные горизонты, содержащиеся в галечниках, постепенно пе-
реходят в пески, вклиниваясь в пласты суглинков и глин, приобретают
напор. Наибольшим и более постоянным напором и дебитом вследствие
малой дренированности обладают глубокие горизонты галечниковой
толщи, при этом с увеличением глубины 'Залегания водоносного пласта
происходит возрастание абсолютных отметок пьезометрических уровней.
В верхних горизонтах обычно наблюдается довольно пестрое распреде-
ление напоров подземных вод, что определяется их вертикальной раз-
грузкой. Напоры снижаются больше там, где происходит интенсивная
разгрузка подземных вод.
Подземный поток, накапливающийся в галечниковой толще, голов-
ной части конуса выноса, радиально .растекается к его периферии. Укло-
ны поверхности грунтовых вод приближаются к уклонам дневной повер-
ности, которые в галечниковой зоне обычно около 0,02—0,01, а на пери-
ферии 0,001—0,0005.
Развитая на периферии конусов выноса толща покровных суглин-
ков содержит грунтовые воды, поверхность которых является продолже-
нием поверхности потока подземных вод головной части конуса выноса.
Дополнительное питание грунтовые воды покровных суглинков получают
за счет восходящих потоков из напорных горизонтов песчано-галечнико-
вой толщи. Это питание продолжается до тех пор, пока отметки пьзоме-
трических уровней напорных песчано-галечниковых горизонтов превы-
шают отметки поверхности грунтовых вод.
Как было уже сказано выше, уменьшение водопроницаемости водо-
содержащих пород по направлению к периферии конусов выноса, прои-
сходящее за счет смены галечников песками и появления в песчано-га-
лечниковой толще слабо проницаемых суглинков и глин, вызывает под-
пор подземных вод. Вследствие этого у нижней границы .головной зоны
конуса выноса подземные воды приближаются к поверхности. В связи
с тем, что в периоды усиленного питания грунтовых вод в головной части
конуса выноса отток грунтовых вод в периферийную мелкоземистую зону
меньше величины питания грунтовых вод в головной части, происходит
естественная разгрузка подземных вод на периферии конуса выноса, на-
иболее интенсивная в верхней части периферии конуса выноса, где пок-
ровные суглинки и супеси имеют небольшую мощность. Ширина поло-
сы разгрузки на Сохском конусе выноса достигает 2—4 км. Здесь под-
земные воды выходят на поверхность в виде многочисленных родников
с суммарным расходом в 200—250 л/сек, а на наиболее крупных и во-
дообильных конусах выноса, где выклинивание протягивается вдоль
почти всей полуокружности конуса выноса, расход родников достигает
2,0—2,5 м?]сек и более. Зеркало грунтовых вод в зоне интенсивного вык-
линивания располагается обычно на глубине 0,5—1,5 м.
Ниже родниковой зоны идет зона слабого выклинивания подземных
вод, ширина которой на Сохском конусе выноса достигает 4—5 км.
Здесь разгрузка подземных вод происходит только по глубоко врезан-
ным руслам или искусственным дренам. Зеркало грунтовых зод в зоне
слабого выклинивания располагается на глубине 1—2 м.
222
Некоторое количество грунтовых вод, получившееся за счет естест-
венной разгрузки напорных подземных вод, ввиду неглубокого их зале-
гания расходуется на испарение. Однако величина эта обычно незначи-
тельна, так как в зоне слабого выклинивания конусов выноса широко
развито орошение, которое затрудняет испарение грунтовых вод.
Ниже зоны слабого выклинивания подземных вод идет зона нег-
лубокого залегания грунтовых вод. Эта зона на конусах выноса, распро-
страненных в пределах Ферганской котловины, смыкается с долиной
р. Сыр-Дарьи. В пределах зоны неглубокого залегания грунтовых вод
естественные дрены отсутствуют и значительную роль в расходовании
грунтовых вод играют процессы испарения и транспирации. На конусах
выноса, где имеется искусственное орошение земель, в пределах зоны
неглубокого залегания грунтовых вод широко развита искусственная
сеть осушительных каналов и коллекторов, которые дренируют грунто-
вые воды и воды, образующиеся от орошения. В этих условиях роль ис-
парения и транспирации несколько снижается.
Нормально развитая периферия наблюдается не на всех конусах
выноса. На некоторых она в той или иной мере бывает размыта. В ко-
нусах выноса, образующихся в пределах небольших межгорных впадин,
наиболее развитой обычно является верхняя, песчано-галечниковая зона.
Поток грунтовых вод, формирующийся в этой зоне, почти полностью раз-
гружается на поверхность в зоне выклинивания подземных вод, которая
располагается обычно недалеко от выхода реки из межгорной впадины.
Минерализация грунтовых вод в зоне .интенсивного поглощения по-
верхностного стока незначительна и не превышает 1 г]л. Она характери-
зуется постоянством как по сезонам, так и в многолетнем разрезе. В зо-
не интенсивного выклинивания 'минерализация подземных вод иногда
несколько повышается, но все же обычно не превышает 1,5 г/л. Наблю-
дения, выполненные Ферганской гидрогеологической станцией на Исфа-
ринском конусе выноса, показали, что степень минерализации грунтовых
вод в зоне выклинивания за длительный период не превышала 0,6—
0,7 г/л. Причем в составе грунтовых вод зоны интенсивного выклини-
вания наблюдается увеличение гидрокарбонатного иона и уменьшение
хлор-иона, что В. А. Гейнц связывает с вертикальной разгрузкой глу-
боких напорных вод.
На территориях с неглубоким залеганием грунтовых вод их минера-
лизация достигает 25—50 г/л и более. На краевых участках периферии
конусов выноса и в межконусных понижениях наблюдается обычно
столь же высокая минерализация. С глубиной степень минерализации
снижается. На орошаемых площадях, широко развитых в пределах мел-
коземистой пролювиальной равнины конусов выноса, грунтовые воды
рассоляются и степень им минерализации находится в пределах 1—3 г/л.
Изменение гидрогеологических условий конусов выноса происходит
не только вниз по склону, но и вдоль склона. Наибольшая водопроницае-
мость свойственна породам, залегающим в осевой части конусов выноса,
в периферийных же частях гидрогеологические условия в связи с измене-
нием литологического состава пород в этом направлении ухудшаются.
Особенно резкое ухудшение гидрогеологических условий наблюдается на
участках между конусами выноса. Здесь наряду с резким изменением
литологии наблюдается резкое изменение гидрогеологических условий.
Мощная толща обводненных галечников сменяется маломощными водо-
носными горизонтами, содержащимися в виде прослоев среди лёссовид-
ных суглинков и глин.
По данным Ферганской гидрогеологической станции Узбекского гид-
рогеологического треста, изучавшей под руководством В. А. Гейнца на
конусе выноса р. Сох сезонные и многолетние закономерности формиро-
вания режима уровня и минерализации грунтовых и напорных вод и их
баланс, в галечниковой зоне головной части конуса выноса формируется
223
мощный поток грунтовых вод со средним расходом 25 м31сек. Поступая
в периферийную часть конуса выноса, он постепенно разгружается. Так,
в зоне интенсивного выклинивания он разгружается со скоростью
в среднем 13 м3!сек, в зоне слабого выклинивания — со скоростью около
5 м3)сек, а остальная часть потока (около 7 м3]сек) движется в долине
р. Сыр-Дарьи. Этот поток грунтовых вод также частично расходуется на
испарение и выклинивание в зоне неглубокого залегания грунтовых вод.
Гидравлически грунтовые воды с поверхностными водами обычно
не связаны. Отсутствие гидравлической связи между грунтовыми вода-
ми и рекой в зоне интенсивного поглощения поверхностных вод приво-
дит к тому, что полного хронологического совпадения между кривыми
Так, минимальные расходы (10—17 м31сек) р. Сох имеет с ноября по
апрель. В мае за счет талых вод расход начинает возрастать и дости-
гает максимальных величин (150—180 м31сек) в июле — августе. Мак-
симальное положение уровня грунтовых вод на конусах выноса Средней
Азии ‘наблюдается обычно в сентябре — октябре, а минимальное — в
мае — июне.
Накопление запасов грунтовых вод и повышение их уровня проис-
ходит в период усиленного питания грунтовых вод галечниковой толщи,
когда отток подземных вод в периферийную мелкоземистую зону конуса
выноса меньше величины питания грунтовых вод. Понижение же уровня
грунтовых вод и сработка их запасов происходит в период, когда пита-
ние грунтовых под меньше их оттока в периферийную зону. В. А. Гейнц
(1959) приводит следующие данные по конусу выноса р. Сох. Поглоще-
ние поверхностного стока в период усиленного питания грунтовых вод
(с июня по сентябрь 1953 г.) составило 472 млн. м3 (118 млн. м3 в ме-
сяц), а отток из зоны поглощения за этот же период был равен
234 млн. м3 (58 млн. м3 в месяц), из которых 163 млн. м3 перешло в зо-
нах выклинивания в поверхностный сток. Таким образом, в зоне погло-
щения за этот период осталось 238 млн. м3 воды. В остальную часть года
(с октября 1953 г. по май 1954 г.) питание грунтовых вод составило
336 млн. л/3 (42 млн. м3 в месяц), а отток подземных вод из зоны погло-
щения был равен 640 млн. м3 (80 млн. м3 в месяц). В этот период про-
исходила сработка накопленных запасов воды.
Кроме сезонной регулировки запасов подземных вод происходящей
в головной части конуса выноса, В. А. Гейнцем отмечается и многолет-
няя регулировка. Она заключается в том, что в годы, когда расходы реки
выше средней многолетней величины, происходит накопление запасов
224
грунтовых вод, а сработка их происходит тогда, когда водоносность реки
ниже средней многолетней.
Материалы наблюдений за режимом подземных вод на Сохском
конусе выноса позволили В. А. Гейнцу сделать общий вывод о том, что
формирование сезонного и многолетнего режима напорных вод конусов
выноса определяется режимом водоносности поверхностных вод, явля-
ющихся основным источником питания подземных вод головной части
конусов выноса. Прямого соответствия в режиме водоносности реки
и артезианских вод не наблюдается из-за отсутствия гидравлической
связи поверхностных вод с подземными водами. Происходит запаздыва-
ние в колебании уровня артезианских вод по сравнению с соответству-
ющим колебанием поверхностных вод. Это запаздывание увеличивается
с удалением от области питания.
По наблюдениям на Сохском конусе выноса было установлено, что
для артезианских скважин, расположенных вблизи к области питания,
максимальное понижение пьезометрического уровня и расхода артези-
анских вод наступает в ноябре — декабре, с запаздыванием на два-три
месяца, в более отдаленных скважинах максимум наблюдается в февра-
ле-марте, с запаздыванием на пять-шесть месяцев. В целом для ар-
тезианских вод конуса выноса р. Сох наблюдается устойчивая сезонная
ритмичность, заключающаяся в повышении пьезометрических уровней
и увеличении расходов к зиме и уменьшении их от зимы к осени. Ампли-
туда колебаний пьезометрических уровней находится в пределах от
0,56 до 2,17 м. В удалении от области питания они уменьшаются. Вели-
чина колебаний расходов при дебите скважин 1,1—1,7 л/сек составляет
0,6 л]сек и при расходе скважин 30—60 л!сек—16—28 л]сек.
Весьма четко режим грунтовых вод в зоне поглощения поверхност-
ного стока отражается на расходах родников зоны выклинивания под-
земных вод, но срок максимальных расходов наступает позже максима-
льных уровней грунтовых вод. На Сохском конусе выноса он сдвига-
ется на один месяц.
Естественный ход сезонных колебаний пьезометрических уровней,
расходов родников и артезианских вод может нарушаться искусствен-
ными факторами: пробуренными вновь эксплуатационными скважинами,
орошением земель. В последнем случае наблюдается два максимальных
и два минимальных периода расхода эксплуатационных скважин и род-
ников.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Подземные воды пролювиальных отложений конусов выноса наибо-
лее целесообразно использовать несколько выше зоны интенсивного
выклинивания. Наблюдения по целому ряду конусов выноса Заилийско-
го Алатау показывают, что здесь имеется значительная водообильность
и водоотдача пород. Коэффициенты фильтрации колеблются от 28 до
100 м!сутки, коэффициент водоотдачи 0,2—0,3, удельные дебиты сква-
жин достигают 30—40 л/сек. Выше этой зоны подземные воды залегают
на значительных глубинах, а ниже водообильность пород значительно
уменьшается.
В вертикальном разрезе максимальной водообильностью характе-
ризуются породы верхней части толщи мощностью 100—150 м. Ниже
благодаря некоторому уплотнению и цементации их водообильность
снижается.
Нахождение участков с наиболее благоприятными условиями для
заложения эксплуатационных скважин является первоочередной зада-
чей гидрогеологических исследований. Эта задача представляется до-
вольно сложной из-за изменений гидрогеологических условий как вниз
15 Зак. 627	225
по склону, так и вдоль склона. Она должна быть решена на стадии пои-
сковых работ и предварительной разведки.
Поисковые работы должны быть начаты со сбора и анализа фондо-
вого и опубликованного материала. В настоящее время большое коли-
чество конусов выноса Джунгарского Алатау, Киргизского хребта, Тур-
кестанского хребта и других горных районов хорошо изучены и по ряду
из них произведен подсчет естественных ресурсов и эксплуатационных
запасов подземных вод. На некоторых конусах выноса сооружены и
эксплуатируются водозаборы.
Детальное обследование водозаборов и сбор всех необходимых ма-
териалов является неприменной задачей работ, проводящихся на поиско-
вой стадии.
В результате анализа работы действующих водозаборов и отдель-
ных скважин должны быть определены основные гидрогеологические
параметры.
В слабо изученных районах на стадии поисковых работ проводится
гидрогеологическая съемка в масштабе 1 : 25 000—1 : 100 000, сопровож-
даемая геофизическими исследованиями. Съемкой охватывается вся пло-
щадь распространения конуса выноса и прилегающая к нему краевая
часть коренных отложений. Гидрогеологической съемкой и геофизиче-
скими исследованиями должны быть установлены:
1)	границы распространения гидрогеологических зон конуса выноса
и особенности строения 'межконуоных понижений;
2)	участки, на которых происходит питание пролювиальных отложе-
ний из поверхностных водотоков и оросительных каналов и характер
этого питания (происходит ли питание из заиленных русел или имеется
непосредственная гидравлическая связь подземных вод с поверхност-
ными);
3)	площади, на которых галечники непосредственно выходят на по-
верхность, где происходит питание подземных вод атмосферными осад-
ками;
4)	характер водоносности коренных отложений и их участие в пита-
нии галечниковой толщи конуса выноса;
5)	дебиты родников в зоне разгрузки водоносных горизонтов и
возможность расхода подземных вод за счет испарения.
Зона выклинивания грунтовых вод по периферии конуса выноса
легко может быть обнаружена геоботаническим методом. Так, по дан-
ным С. В. Викторова и Е. А. Востоковой (1961), в этой зоне конусов
выноса бывают развиты группы тамариксов, заросли тростника и влаж-
ные заболоченные лужайки, известные в Туркмении и Казахстане под
названием «сазов». Они обычно не окаймляют сплошь периферическую
часть конуса выноса, а образуют прерывистую цепочку. С. В. Викторов-
и Е. А. Востокова предлагают участки этой цепочки соединять линиями,
проведенными с учетом рельефа местности, что дает возможность уста-
новить границу высачивания грунтовых вод. Это удобно сделать- ис-
пользуя аэрофотоснимки, на которых пятнами темного фототона выде-
ляются участки с влаголюбивой растительностью.
На стадии поисков по осевой части конуса выноса, от гор к равнине,
иногда оказывается необходимым закладывать поперечник из трех-че-
тырех буровых скважин глубиной 100—200 м. Количество буровых сква-
жин и их глубина зависят от величины конуса выноса и необходимости
вскрытия водоносного горизонта по мощности до 100 м. Более глубокие
скважины следует закладывать только в том случае, если водообиль-
ность пород пройденных горизонтов незначительна.
Из всех пробуренных скважин для предварительной оценки степени
водообильности водосодержащих пород производятся пробные зональ-
ные откачки. На этой стадии необходимо начать организацию изучения
режима подземных вод и балансовых гидрометрических исследований.
226
В результате поисковых работ должны 'быть выбраны перспектив-
ные участки для проведения на них предварительной разведки.
Изучение гидрогеологических условий глубоких горизонтов конуса
выноса и окончательный выбор участка (или участков) для постановки
на них детальных разведочных работ требует проведения буровых ра-
бот, которые выполняются на стадии предварительной разведки.
Перпендикулярно к поперечнику, заложенному по оси конуса выно-
са, на участке (или ряде участков), который представляется наиболее
благоприятным для заложения водозабора, пробуривается створ из
трех или четырех разведочных скважин, равномерно расположенных на
участке, с расстояниями между ними от 400—500 до 1000—2000 м. Глу-
бина скважин должна определяться результатами зональных откачек,
а также необходимостью вскрытия наиболее водообильных пород по всей
их мощности, или, если водоносность пород в разрезе одинакова, водо-
носный горизонт следует вскрыть до мощности 100 м. При бурении сква-
жин необходимо изучить состав и мощность всех вскрытых водоносных
горизонтов, распределение в них пьезометрических напоров; из всех
скважин произвести пробные откачки, а из наиболее водообильных сква-
жин необходимо провести опытные откачки. Во время производства
пробных и опытных откачек отбираются пробы воды для химических
и санитарно-бактериологических анализов.
На стадии предварительной разведки продолжается изучение ре-
жима подземных вод и балансово-гидрометрические исследования, целью
которых является определение величины питания подземных вод за счет
поверхностных водотоков в пределах галечниковой зоны конуса выноса.
Для этой цели производятся систематические измерения расходов по-
верхностных водотоков и искусственных каналов. Расходы поверхност-
ных водотоков замеряются при их выходе из горных массивов и ниже
галечниковой зоны конуса выноса. На этой стадии продолжаются ре-
жимные наблюдения за расходом выклинивающихся родников.
Наблюдения за колебанием уровня подземных вод конусов выноса
имеют 'большое значение, так как они характеризуются значительными
амплитудами колебаний. Наблюдениями необходимо установить поло-
жение наиболее низких уровней воды, которые должны приниматься за
исходные при расчетах эксплуатационных запасов подземных вод. Со-
поставление данных колебания уровня подземных вод и расходов род-
ников с гидрологическими и метеорологическими данными позволит най-
ти коррелятивные связи между ними; это имеет большое значение при
оценке эксплуатационных запасов подземных вод.
Наблюдения за режимом подземных вод проводятся на всех пробу-
ренных скважинах. Кроме того, дополнительно в случае необходимости
бурятся скважины небольшого диаметра. Данные режимных наблюде-
ний используются также для построения карт гидроизогипс и гидроизо-
пьез и наблюдений за развитием депрессионных воронок в процессе про-
изводства опытных откачек.
По материалам, полученным на стадии поисков и предварительной
разведки, определяются естественные ресурсы (динамические запасы)
подземных вод конуса выноса путем составления общего водного балан-
са и баланса подземных вод. Дается также предварительная оценка
эксплуатационных запасов на разведанном участке (или участках) в ос-
новном по низким категориям (Ci и Сг).
По результатам предварительной разведки и оценки запасов под-
земных вод при сопоставлении с заявленной потребностью в воде реша-
ется вопрос, сколько участков или каких размеров один участок, дол-
жен быть выделен под детальную разведку. На выбранном участке (или
участках) совместно с организацией, проектирующей водозабор, наме-
чается схема водозабора.
15*
227
Детальные разведочные работы на выбранном участке произво-
дятся применительно к предполагаемой схеме размещения водозабора.
Предварительными расчетами необходимо определить количество зак-
ладываемых разведочно-эксплуатационных скважин, из которых должно
быть получено около 50% эксплуатационных запасов подземных вод по
кат. А.
В пробуренных скважинах проводятся геофизические исследования
для изучения гидрогеологического разреза скважин и изменения филь-
трационных свойств пород по вертикали. Из всех скважин проводятся
опытные откачки продолжительностью в несколько суток с максимально
возможным понижением. Для определения параметров опробуемых во-
доносных горизонтов организуются два-три куста, состоящих из цен-
тральной и наблюдательных скважин.
В том случае, если естественные ресурсы конуса выноса, определен-
ные балансовым методом, меньше заявленной потребности в воде, для
определения эксплуатационных запасов подземных вод необходимо про-
вести групповые откачки.
Если балансовыми методами определены естественные ресурсы ко-
нуса выноса, соизмеримые с заявленной потребностью в воде, то к кат. А
могут быть отнесены запасы подземных вод, основанные на расчетных
дебитах опробованных скважин, а к кат. В — запасы не только по экстра-
поляции в опробованных скважинах, но и по проектируемым скважинам,
расположенным между опробованными скважинами, а также по экстра-
поляции на небольшие расстояния от пробуренных скважин.
БАЛАНС ПОДЗЕМНЫХ ВОД КОНУСОВ ВЫНОСА
Подземные воды конусов выноса в значительной мере формируются
непосредственно в пределах площади их распространения. При этом
конусы выноса в плане, несмотря на свои значительные размеры, в об-
щем являются ограниченными «гидрогеологическими структурами». Это
дает возможность рассматривать общие ресурсы подземных вод конусов
выноса с учетом использования динамических, статистических и других
видов запасов, образующихся в них под влиянием разнообразных источ-
ников питания.
Основными источниками питания и пополнения ресурсов подземных
вод в конусах выноса являются фильтрационные потери поверхностного
стока из рек и ирригационной сети. Гораздо меньшее значение имеет
приток подземных вод со стороны горного массива и инфильтрации
атмосферных осадков. Поступление же поверхностных и подземных вод
извне, т. е. из других бассейнов, обычно составляет малую величину и
практически его можно не учитывать.
Общие ресурсы подземных вод конусов выноса могут быть опреде-
лены путем составления общего водного баланса и баланса подземных
вод. Оба эти вида баланса тесно связаны между собой и должны рас-
сматриваться неразрывно. Только в этом случае представляется воз-
можным оценить основные факторы, обуславливающие накопление под-
земных вод в пределах конусов выноса с учетом возможных их измене-
ний во времени.
Основными составляющими общего водного баланса конусов вы-
носа являются.
В приходной части:
1)	поверхностный сток рек из горного массива в пределы конуса
выноса, включая сток магистральных оросительных каналов, по которым
на территорию конуса выноса подается вода из других бассейнов (Qp+);
2)	подземный сток из горного массива в отложения конуса выноса
(Qn+);
228
3)	атмосферные осадки на площади конуса выноса (Qo+);
4)	накопление грунтовых вод путем конденсации влаги из атмос-
феры (конденсационные воды) (QK+).
В расходной части:
1)	поверхностный сток из рек за пределы конуса выноса (QP~);
2)	подземный сток за пределы конуса выноса (Qn~);
3)	сток воды по коллекторно-дренажной системе за пределы конуса
выноса (<2др~);
4)	испарение с открытой водной поверхности (Qnn~);
5)	испарение подземных вод, в том числе испарение с почвы, из зоны
аэрации и транспирации влаги растениями (Qht“).
6)	использование поверхностных вод для орошения и водоснабжения
в 'современных условиях (QpB_) ;
7)	использование подземных вод для орошения и водоснабжения
в современных условиях (Qhb-).
Таким образом, общий водный баланс конуса выноса может быть
представлен таким уравнением (в единицах расхода):
Qp 4~ Qn 4~ Qo + Qk = Qp 4~ Qn Q«p 4- Qbb 4~ Qnr +
4- Qpb 4- Q™ + Qw,	(xvn, 1)
где символом Qv обозначено изменение водных запасов в пределах ко-
нуса выноса.
Если пренебречь испарением с водной поверхности (QHn_), размеры
которого по сравнению с испарением с почвы и грунтовых вод, включая
транспирацию (фиг-), невелики, то величина (Qw) может рассматри-
ваться в качестве показателя изменения запасов подземных вод, обус-
ловливающего колебания их уровня в сезонном и многолетнем разрезе.
Уравнение (XVII, 1) является выражением естественного водного
режима и совокупности определенных водохозяйственных мероприятий
в пределах конуса выноса.
Суммарные ресурсы подземных вод в конусах выноса фсум, как и
в других геологических условиях, складываются из динамических (<2Д)
и статистических (QCt) запасов и «упругой отдачи» воды (Qynp) при экс-
плуатации:
Qcvm = Qu. + Qct 4“ Qynp •	(XVII, 2)
В свою очередь динамические запасы здесь, как уже указывалось
выше, тесно связаны с поверхностными водными источниками. В общем
они могут быть определены следующим образом:
Qd = Qn 4- Qo+r 4- QK+ + Ср+инф 4- QB+3P + Qw, (XVII, 3)
где Qor — часть атмосферных осадков, идущая на фильтрацию и попол-
нение запасов подземных вод;
Qp инф — потеря естественного речного стока на фильтрацию на участ-
ках, не охваченных орошением;
Qb3p — потери воды на фильтрацию из оросительных каналов всех
порядков (в том числе на орошаемой площади при поливах
и промывках почвы), а также потери сбросных вод после их
использования для хозяйственно-питьевого и производствен-
ного водоснабжения. Остальные обозначения те же.
При иных водохозяйственных условиях общие ресурсы подземных
вод могут измениться в весьма значительных размерах, что необходимо
учитывать при прогнозах.
229
Наиболее существенно может отразиться на общих ресурсах подзем-
ных вод рост потребления поверхностных вод на орошение и водоснаб-
жение, т. е. изменение составляющей QpB~ в уравнении (XVII, 1), в связи
с этим другие значения приобретут величины QB3p, Qw и, естественно,
результирующая величина фсум-
Это обстоятельство подтверждает оказанное относительно необходи-
мости при оценке общих ресурсов подземных вод конусов выноса рас-
сматривать водный баланс в целом, с учетом всего комплекса сущест-
вующих и намечаемых водохозяйственных мероприятий в его пределах.
При определении величин, входящих в уравнение (XVII. 1), исполь-
зуются данные ближайших метеорологических станций, а также резуль-
таты гидрометрических наблюдений на открытых водотоках, в магист-
ральных и оросительных каналах и в коллекторно-дренажной сети. Обы-
чно основные элементы водного баланса подробно освещаются в проек-
тах ирригационной системы и в материалах организаций, ведающих ее
эксплуатацией. При отсутствии таких материалов следует привлекать
данные по другим конусам выноса, находящимся в сходных водохозяй-
ственных и гидрогеологических условиях.
Величины Qn+, Qct+ и Qynp+, входящие в уравнения (XVII, 1) и
(XVII,2), определяются по результатам соответствующих гидрогеологи-
ческих работ и расчетов.
Первая из этих величин, характеризующая приток подземных вод
в пределы конуса выноса со стороны горного массива (Qn+), как это
установлено для ряда районов (Шлыгина, 1964), обычно составляет
8—14% от общего количества подземных вод.
Размеры статистических и упругих запасов (QCt+ и Qynp+) могут
варьировать в зависимости от мощности и площади распространения
водоносных пород и величины напора подземных вод. Интенсивность
фильтрации атмосферных осадков (QOr+), как правило, не превышает
8—10 % от общих запасов подземных вод, тогда как пополнение подзем-
ных вод фильтрационными водами из рек, оросительных каналов и на
поливных участках (в уравнении (XVII, 2) это учтено величиной QB3P)
происходит в размере 70—85%.
Приближенно величина QB3p может быть оценена по следующему
выражению:
QB3;~(Qno + Qro)(i-«)	(XVII, 4)
где Qn0 и Qro — количество поверхностных и подземных вод, исполь-
зуемых на орошение;
а —коэффициент полезного действия оросительной системы, уста-
навливаемый главным образом в зависимости от типа и конструкции
оросительных каналов всех порядков (их размеров, характера одежды
и т. д.) и обычно изменяющийся в пределах 0,6—0,8.
Общие ресурсы подземных вод, вычисленные на основе водного ба-
ланса по уравнениям (XVII, 1), (XVII,2) и (XVII,3), представляют со-
бой в значительной мере теоретическую величину. В реальных условиях
полное их использование практически осуществить невозможно. Тем не
менее большей частью определение общих ресурсов производить необхо-
димо, так как на их основе устанавливаются возможные масштабы во-
дозабора и по существу оцениваются максимальные размеры эксплуа-
тационных запасов подземных вод.
Дальнейшее уточнение эксплуатационных запасов подземных вод
конусов выноса, как и в других гидрогеологических условиях, достига-
ется путем расчета производительности водозабора.
230
РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОДОЗАБОРОВ
В ПРЕДЕЛАХ КОНУСОВ ВЫНОСА
Схематизация реальных природных условий. ‘
Размещение водозаборов
Водоносные отложения конусов выноса можно прежде ©сего разде-
лить на две части по вертикали: нижнюю, содержащую комплекс высо-
конапорных водоносных горизонтов, относительно слабо связанных с ат-
мосферой, и верхнюю — безнапорную или слабонапорную, в которой
осуществляется активный водообмен с атмосферой и поверхностными
водными источниками.
Такое разделение, как уже отмечалось, происходит в нижней трети
конусов выноса, при переходе в их равнинную часть, где пролювиальные
песчано-галечниковые отложения замещаются глинистыми слоями
и вследствие этого создается этажная система водоносных горизонтов.
При этом нижние горизонты, изолированные от дневной поверхности
глинистыми перекрытиями, обладают напором, величина которого воз-
растает с углублением и по своей абсолютной величине достигает нес-
кольких десятков, а иногда и сотен метров.
Нижний напорный комплекс имеет весьма широкое распространение
и прослеживается по всей равнинной части 'Конусов выноса. Благодаря
этому здесь имеется возможность использовать его одиночными или
групповыми водозаборными скважинами практически в любом пункте.
Количество скважин и схема их размещения определяются в каждом
конкретном случае, исходя из проектируемой их производительности
гидрогеологических показателей (проводимости и величины напора)
водоносных горизонтов.
В верхней безнапорной или слабо напорной водоносной части кону-
сов выноса наиболее благоприятные условия для размещения водоза-
борных сооружений создаются в зоне выклинивания, где на поверхность
выходят многочисленные источники и, таким образом, происходит интен-
сивный дренаж водоносного горизонта.
В этой зоне водоносные отложения по сравнению с другими час-
тями конуса выноса, как правило, обладают наиболее высокой водопро-
ницаемостью, и эта зона является своего рода замыкающей, так как
в ней наиболее полно выражены динамические запасы (естественные
ресурсы) подземных вод, формирующиеся в верхнем комплексе на всей
остальной площади конуса выноса (а также в пределах горного мас-
сива) в результате инфильтрации атмосферных осадков и потерь по-
верхностного стока из рек и оросительной сети.
Основным наиболее рациональным типом водозаборов в указан-
ных условиях, как и в нижнем напорном комплексе, следует считать бу-
ровые скважины. Размещение и группировка скважин при этом опре-
деляются соотношением между дебитом проектируемого водозабора и
общими ресурсами подземных вод, оцениваемыми для верхней зоны
всего конуса выноса в целом на основании водного баланса.
Если дебит проектируемого водозабора составляет лишь малую до-
лю общих ресурсов, скважины располагаются на локальных участках
с наибольшей проводимостью водоносного горизонта, а также вблизи
источников, которые могут быть привлечены к водозабору при снижении
уровня и образовании депрессии на поверхности подземных вод в про-
цессе эксплуатации.
В случае, когда дебит водозабора соизмерим с общими ресурсами
конуса выноса, скважины следует располагать в виде одного-двух ли-
нейных рядов или более приблизительно нормально основанному направ-
лению потока подземных вод. Очевидно, что и при таком расположении
точки размещения отдельных скважин в пределах рядов должны выби-
231
раться с учетом конкретной обстановки. Предпочтение во всех случаях
должно отдаваться местам с более высокой водопроводимостью водо-
носного горизонта и лучшими условиями восполнения запасов подземных
вод.
Количество скважин, их дебит и расстояния между ними определя-
ются гидрогеологическими расчетами для отдельных участков, намечен-
ных под водозаборы.
Для расчета водозаборов в нижнем комплексе напорных водонос-
ных горизонтов конусов выноса, в связи с удаленностью водозаборов от
горного массива и большой протяженностью этих горизонтов в равнин-
ной части, обычно можно принимать схему безграничного пласта. Лишь
в некоторых случаях, когда напорные водоносные горизонты получают
выход в долины крупных рек (например, в Ферганской котловине, где
конусы выноса спускаются в долину р. Сыр-Дарьи), а водозаборные
скважины располагаются в сравнительно небольшом удалении от них,
для расчета можно пользоваться схемой полуограниченного пласта, т. е.
Рис. 33.
У
Н------------L----------*-
- шД flHffПУШИ?fluff
I	2.<Г
л
* H=const или Q=0
I

6
Схемы к расчету при нснзменяющихси условиях питания
а — одиночные скважины при изменяющихся условиях питания; б — лииейиый ряд скважин
рассматривать реку в качестве «контура питания» с учетом несовершен-
ства русла, его заиленности и неоднородности русловых осадков.
Методика расчета в обоих случаях аналогична методике, применя-
емой при оценке производительности водозаборов в крупных артезиан-
ских бассейнах (см. главу XII) и долинах рек (Бочевер, 1961, 1963).
Водоносные горизонты верхнего безнапорного и слабонапорного
комплекса конусов выноса для расчета в большинстве случаев можно
схематизировать, полагая, что с верховой горной стороны они являются
неограниченными, поскольку водозаборные сооружения располагаются,
так же как и в нижней напорной зоне, в значительном удалении от вер-
шин конусов выноса.
С низовой стороны граница верхнего водоносного комплекса про-
водится вдоль зоны выклинивания и замещения песчано-галечниковых
отложений глинистыми осадками. Таким образом, водоносные горизонты
верхнего комплекса во всех случаях схематически представляются как
полуограниченные пласты. При этом в зависимости от намечаемой ин-
тенсивности эксплуатации условий питания водоносных горизонтов мож-
но выделить следующие случаи.
1.	Полуограниченный пласт при отсутствии дополнительных источ-
ников питания, или. точнее, при неизменяющихся условиях питания во-
доносных горизонтов до и после ввода в действие водозаборных соору-
жений (рис. 33). В данном случае предполагается, что при наличии в зо-
не выклинивания источников они будут сохранены и в процессе эксплу-
атации водозаборов. Это дает основание считать, что вдоль зоны выкли-
232
нивания имеется «контур питания», на котором понижения уровня не
происходит (7/=const).
Если зона выклинивания выражена слабо и источники отсутствуют,
причем водоносные песчано-галечниковые отложения замещаются мощ-
ной толщей практически непроницаемых глинистых пород и не связаны
с крупными поверхностными водотоками и водоемами, то для большей
надежности расчетов в данной схеме можно с низовой стороны провести
непроницаемый контур (QK=0).
Рис. 34. Схемы к расчету при изменяющихся условиях питания. Источники в зоне выклинивания
распределяются в виде сплошной полосы
а, в — одиночные скважины и локальные группы взаимодействующих скважнн; б, г — линейный
ряд скважин
Водозаборные сооружения в обоих случаях размещаются в виде
одиночных скважин или отдельных локальных групп скважин (рис.33, а),
а при необходимости более полного использования общих ресурсов под-
земных вод — в виде линейного ряда скважин (рис. 33, б).
2.	Полуограниченный пласт при изменяющихся условиях питания
после ввода в действие водозаборных сооружений (рис. 34). В этой схеме
учитывается возможность привлечения части источников подземных вод,
выходящих на поверхность в зоне выклинивания. Иными словами, при-
нимается, что в процессе эксплуатации произойдет инверсия источников
и они полностью или частично будут «обращены» на питание водонос-
ного горизонта.
При одиночных и локальных групповых водозаборах (рис. 34, а) ин-
тенсивность дополнительного питания водоносного горизонта в резуль-
тате источников будет различной в зависимости от проектируемой про-
изводительности отдельных водозаборов и их размещения. В этом слу-
чае некоторые наиболее удаленные от водозаборов группы источников
могут оказаться вне зоны влияния водозаборов и будут сохранены в
процессе их эксплуатации.
При значительной величине проектируемого водоотбора скважины,
как и в предыдущей схеме, располагаются линейно (рис. 34, б), и при
этом все группы источников оказываются в зоне их влияния.
233
При постановке граничного условия с низовой стороны в большин-
стве случаев принимается схема «полузакрытого пласта» с непроницае-
мым контуром (QK = 0).
3.	Та же схема, что и предыдущая. Отличие ее состоит только в том,
что источники в зоне выклинивания не разделяются на отдельные груп-
пы, а представляются в виде полосы (рис. 34, в, г).
Расчетные зависимости
Во всех указанных расчетных схемах для расчета производитель-
ности водозаборных сооружений можно пользоваться следующей общей
зависимостью:
S = 1^R>	=	(XVII, 5)
л	т.
+	(XVII, 6)
где S — понижение уровня в любой точке пласта (в удалении от водо-
заборов или в одном из них);
QcyM — суммарный расход всех водозаборов;
_ Ql _ Qj
а‘~ QcyM ’	QcyM ’
Qi — расход i-ой скважины или группового водозабора (е= 1, 2, 3 ..., п;
п — общее число скважин или водозаборов);
Qi — суммарный расход группы источников в зоне выклинивания, кото-
рые будут «обращены» на питание подземных вод при эксплуатации во-
дозаборов (/=1, 2, 3, . . ,,т; т — общее число групп источников);
km — проводимость водоносного горизонта;
No, Ni и Mj — символы безразмерных гидравлических сопротивлений,
определяемых в зависимости от схемы пласта, характера граничных ус-
ловий и намечаемого режима эксплуатации.
При определении понижения уровня в точках, удаленных от водо-
заборов, величина No = 0.
При неизменяющихся условиях питания водоносного горизонта ве-
личина Mj равна нулю и в правой части зависимости (XVII, 6) сохра-
няется только первый член, в котором безразмерные гидравлические соп-
ротивления No и Ni находятся из следующих формул.
1.	Для одиночных и локальных групп взаимодействующих скважин
(см. рис. 33, а). При любой продолжительности откачек:
+ + <XVIb 7>
Л'<=-Н(-та-) + й(—£)•	(XVII, 8)
/ПС • Е\ Р/ тах \
при длительных откачках £.>(2,5 — о)—-—I:
4=2 (in-^ + 4) >	(XVII, 9
(XVII, 10)
где	—символ интегральной показательной функции;
а — коэффициент пьезопроводности;
t — время;
г{ и pi — расстояния от точки, в которой определяется понижение уров-
ня до действительных скважин (или центров групп водозабор-
ных скважин) и их зеркальных отображений относительно ли-
нии выхода источников (см. рис. 33, а).
234
При расчетах одиночных скважин в формуле (XVII, 7), исключается
член, содержащий в скобках показательную функцию, и в формуле
(XVII, 8) исключается 1/2.
Формулы (XVII, 9) и (XVII, 10) представляют собой известные фор-
мулы Форхгеймера для расчета скважин вблизи водотоков и водоемов,
играющих роль совершенных «контуров питания». В рассматриваемых
условиях таким «контуром питания» является полоса выходов источни-
ков в зоне выклинивания конуса выноса.
2.	Для линейного ряда скважин (см. рис. 33, б)
при любой продолжительности откачек:
Рис. 35. График функции Ф (г)
Щ 03 0.5 0.7 0.3 И	/? 13 г
Рис. 38. График функции ierfc (z)
No= -'^at ( 0,564-«?г/с.-^=Л+21п — ,
0 c \	J \Vat ) 1	"'о
», 2n V~at /. r (V—/Д \	. r (.У + k)
) - ierfc ~w^r;
при длительных откачках {t(504-100)
No = 2 № + In — 1,
0	\ °	1 itr0 /
д;. = -^(при У</,) и М = -^-(при y>/z).
В приведенных выражениях у — координата линии
а —половина расстояния между скважинами; ierfc(z) = -=
V к
(XVII, 11)
(XVII, 12)
(XVII, 13)
(XVII, 14)
водозабора;
—z ierfc (z);
ierfc(z) = l—Ф(г), а Фг— функция ошибок (интеграл вероятности).
Функции Ф(г) и ierfc(z) представлены в виде графиков на
рис. 35 и 36.
Формулы (XVII, 12 и (XVII, 14) могут применяться при размещении
скважин в виде одного, двух и более линейных рядов на расстояниях
11, 1г,  •In от выходов источников.
Все приведенные формулы действительны для условия Я-const, т. е.
когда на низовой границе конуса выноса допустимо принимать предпо-
сылку о постоянстве напора подземных вод. Такая предпосылка выдер-
живается, если проектируемый расход водозаборов существенно меньше
общих динамических запасов подземных вод конуса выноса и, в част-
235
ности, меньше запасов, дренируемых в зоне выклинивания. При отсут-
ствии выходов подземных вод в зоне выклинивания расчеты должны
производиться при условии Q = 0 на низовой границе.
При этом основные формулы будут иметь следующий вид.
1. Для одиночных и локальных групп взаимодействующих скважин
(см. рис. 33, а):
при любой продолжительности откачек:
=- Ei (—(1 -« (- -&) • (XVII. 16)
М=- Е1 (- -£) -El (-&); (XVII, 16)
при длительных откачках (2,54-5)Pf2
дг0 = 21п-?^-,	(XVII, 17)
JVf = 21n	(XVII, 18)
2. Для линейного ряда скважин (см. рис. 33, б):
при любой продолжительности откачек:
No =	(о,564 + ierfc + 21п	, (XVII, 19)
Nt = —	(ierfc + ierfc	; (XVII, 20)
при длительных откачках ^>-(50-?100/y+flZf^2j:
А "1/ тг/т /	Q
yVo = ^L^£+21n —,	(XVII, 21)
Nt= .	(XVII, 22)
Обозначения те же.
Из сравнения формул (XVII, 9) — (XVII, 10) и (XVII, 13) —(XVII, 14)
с формулами (XVII, 17) — (XVII, 18) и (XVII, 21) — (XVII, 22) видно, что
величины jV0 и jV, и соответственно понижения уровня в первом случае,
т. е. при постановке на низовой границе конуса выноса условия H-const
стремятся к постоянной величине, а во втором случае при условии
Q = 0 они беспредельно возрастают во времени, что является в общем
неблагоприятным с точки зрения практического использования подзем-
ных вод.
В схемах, показанных на рис. 34, приведенные формулы для опре-
деления No и Ni остаются без изменений. Что касается безразмерных
сопротивлений Mjt то при их определении следует разделять два слу-
чая: первый — когда источники более или менее равномерно распреде-
лены в пределах всей зоны выклинивания и могут быть схематически
представлены в виде полосы (см. рис. 34, б).
В первом случае величина Mj определяется по формулам (XVII, 16)
и (XVII, 18), а в отдельных случаях также по формулам (XVII, 7) и
(XVII, 10), приведенным для расчета безразмерного сопротивления в
групповых водозаборах.
Возможность использования этих формул в схеме расчета по зависи-
мостям (XVII, 5) и (XVII, 6) основывается на предпосылке, что одно-
236
временно с вводом в действие водозаборов источники прекращают свое
существование и целиком поглощаются. Источники при этом рассматри-
ваются в виде нагнетательных скважин, влияние которых и учитывается
с помощью тех же формул, что и для водозаборов.
Во втором случае, при выходах источников в виде полосы, для рас--
чета безразмерного сопротивления Mj может быть использована следу-
ющая зависимость (для любой длительности откачек):
М,= ^ьв' 1ф ~ ф ~ 2 (zoiterfczoi - z0lierfcz02)] ±
± 4к^ ierfczw,	(XVII, 23)
где
_	z __ У-Ьг _ __	2
01 ~ 2^F ’ Z°2~ 2^ ’ Zo3~ 2/^”’ ’
L —• длина полосы источников.
Остальные обозначения те же.
Знак ( + ) во втором члене выражения (XVII, 23) принимается при
условии на контуре Q = 0, знак ( —) —при условии Я-const.
Определенная мера условности изложенного метода расчета связана
с тем, что нам заранее неизвестно действительное влияние, которое мо-
гут оказать проектируемые водозаборные сооружения на источники.
Поэтому расчеты следует производить сначала без учета инверсии ис-
точников. На основании такого расчета устанавливается величина пони-
жения уровня в местах выхода источников (при этом она во всех слу-
чаях будет определена с некоторым завышением). Если понижение здесь
оказывается значительным, следует сделать расчет повторно уже с уче-
том инверсии источников (на участках выхода тех из них, где может
произойти существенное понижение уровня).
Следует еще иметь в виду, что рассмотренные расчетные схемы яв-
ляются приближенными. В них не находят отражения, например, часто
имеющиеся на конусах выноса реки и каналы, гидравлически связанные
с водоносными слоями. Условной и не всегда правомерной является пред-
посылка о безграничном простирании водоносных горизонтов в нап-
равлении к горному массиву (такая предпосылка, как отмечалось, мо-
жет приниматься только при весьма значительной протяженности конуса
выноса и заметной водоносности пород в горной части). Во многих слу-
чаях водоносные горизонты в пределах конуса выноса обладают замет-
ной фильтрационной неоднородностью и т. д.
Все это, однако, не исключает возможности применения указанных
расчетных схем и методов прогноза на практике.
Если же строение конусов выноса, их геометрические очертания
и распределение гидрографической сети таково, что их нельзя предста-
вить в виде указанных простейших схем, расчеты производительности
водозаборов следует выполнять на основе моделирования или путем
экстраполяции опытных и опытно-эксплуатационных данных.
На рисунках представлены результаты прогноза производительности
водозаборных сооружений на одном из крупных конусов выноса в При-
каспии, выполненного с помощью моделирования на приборе ЭГДА.
В пределах этого конуса выноса в настоящее время действует во-
дозабор, дебит которого составляет менее 10% от общих естественных
ресурсов (динамических запасов) конуса выноса. Последние в значи-
тельных размерах разгружаются .в зоне выклинивания, где образуется
несколько групп источников с суммарным расходом свыше 5 м3!сек, при-
чем эти источники функционируют постоянно.
237
ГоУ ЕЛ
Рис. 37. Гидродинамическая сетка, характеризующая возможное влияние проекти-
руемых водозаборов на источники в зоне выклинивания:
/—«участки расположения проектируемых водозаборов первой очереди; 2 — площади
выхода родников
СЛЁЗ? I |l |30or/,g| J \|
Рис. 38. Изолинии повышения уровня в результате инверсии источников:
/ —• изолинии повышения уровня ле; 2 — площади выхода родников; 3 —
точки 'измерений, слева — номер, справа — величина повышения уровня,
ле; 4 —> существующий водозабор
При рассмотрении проекта водоснабжения данного района здесь
намечено создать водозабор производительностью, в 2—3 раза превос-
ходящей дебит источников. Но по сумме всех гидрогеологических пока-
зателей оказалось целесообразным разместить водозаборные скважины
не по всему конусу выноса, а только в одной его половине.
Для выбора схемы размещения скважин .и оценки их дебита с по-
мощью моделирования на приборе ЭГДА сначала была найдена величи-
I |2 | q |з
Рис. 39. Изолинии понижения уровня в результате откачки из проекти-
руемых водозаборов:
1 — изолинии понижений, м; 2 — участки расположения проектируемых
водозаборов первой очереди; 3 — существующий водозабор; 4 — точки
измерений, слева — номер, справа — величина понижения, м
на возможного расхода воды из ближайших к водозаборам групп источ-
ников в зоне выклинивания и максимальная дальность «захвата» источ-
ников (см. рис. 37).
Затем, задаваясь найденным таким образом расходом, были опре-
делены возможные повышения уровня под влиянием инверсии источни-
ков (последние представлялись в виде групп «нагнетательных скважин»
с соответствующим расходом) (см. рис. 38). Далее определялось пони-
жение уровня и были построены соответствующие изолинии под влия-
нием откачки из проектируемых водозаборов (см. рис. 39). И, наконец,
пользуясь методом наложения фильтрационных течений (Бочевер, Гар-
монов и др., 1965), была построена результирующая схема изолиний на-
поров, в которой учитывается суммарный эффект откачки из проекти-
руемых водозаборов и инверсии источников (см. рис. 40).
239
(XVII, 24)
При определении величин повышения и понижения уровня на основе
моделирования использовалась следующая зависимость:
Q/?5 Ui-Umln
1~	' Usi-Usz ’
где St — понижение (или повышение) уровня в точке i области;
Q — расход водозабора (или группы источников);
ап — масштаб сопротивлений (ом • м2! сутки);
„ _ /?э
/?Ф ’
7?э и 7?ф — соответственно электрическое и фильтрационное сопротивление.
Г'/З EZZZb ЕЗ5 IQi-
Рис. 40. Результирующие изолинии понижения уровня под влиянием
водозаборов и инверсии источников:
/ — пьезоизогипса и ее абс. отметка, м; 2 — изолинии понижения уровня,
М‘, 3 — участки расположения проектируемых вод заборов первой очереди;
4 — площади выхода родников; 5—точки измерений, слева — номер,
справа в числителе — величина понижения '(в м), в знаменателе —
абс. отметка уровня (в л); 6 — существующий водозабор
При моделировании области фильтрации «а электропроводной бу-
маге:
aR=p-km,	(XVII, 25)
где р — удельное электрическое сопротивление бумаги в омах;
km — проводимость пласта, соответствующая данному сопротивле-
нию р;
240
— сопротивление, через которое подавался расход на модель;
и t742 — электрические потенциалы на концах этого сопротивления;
Uг и Umin — замеренные электрические потенциалы на модели соответ-
ственно в точке i и в точке с минимальным его значением.
При моделировании конуса выноса сопротивление задавалось в ви-
де квадратного листа бумаги с тем же удельным сопротивлением, что и
на основной модели, т. е. = Кроме того, было положено Usi = 1 и
Umin=0, поскольку каждый водозабор и группа источников моделиро-
вались отдельно (с последующим сложением течений, обусловленных
всеми водозаборами и группами источников) *.
В этом случае формула (XVII, 24) приобретает с учетом (XVII. 24)
весьма простой и удобной для использования вид:
„ = QUi
1	km(\—Us2)
(XVII, 26)
Из анализа полученных таким путем результатов видно, насколько
существенным может оказаться влияние изменений условий питания во-
доносного горизонта в пределах конуса выноса в процессе эксплуата-
ции водозаборных сооружений. При проектировании крупных водозабо-
ров, производительность которых соизмерима с общими динамическими
запасами подземных вод конуса выноса, это обстоятельство нельзя не
учитывать.
* На модели отражена неоднородность водоносного горизонта и наличие боко-
вых рек. окаймляющих конус выноса. Верховая граница конуса принята непроницае-
мой, а с низовой стороны, в области разгрузки — задано условие постоянства
напора /7=const.
16 Зак. 627
Глава XVIII
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
На значительной территории европейской части СССР
распространены четвертичные ледниковые отложения, представленные
в основном моренными валунными суглинками и флювиогляциальными
песками. Последние являются коллекторами подземных вод, которые
могут обеспечить крупное водоснабжение. Достаточно отметить, что
водоснабжение такого крупного промышленного центра, каким является
столица Белоруссии — г. Минск, почти полностью базируется на ис-
пользовании подземных вод ледниковых отложений.
Наибольшую мощность комплекс ледниковых отложений имеет на
северо-западе СССР, где развиты три морены и несколько горизонтов
флювиогляциальных отложений. Далее к югу и юго-востоку число
морен уменьшается, но флювиогляциальные отложения продолжают
играть существенную гидрогеологическую роль, являясь источником во-
доснабжения многих населенных пунктов, в частности, в районах
зандровых полей, широкая зона которых протягивается от Полесской
низменности до верховьев Печоры.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
Для водоносных горизонтов, приуроченных к комплексу леднико-
вых отложений, характерны следующие отличительные черты, которые
следует учитывать при производстве гидрогеологических исследований
п оценке эксплуатационных запасов подземных вод.
1.	Наличие в разрезе нескольких этажно расположенных водонос-
ных горизонтов, приуроченных к надморенным, межморенным и подмо-
ренным посчаным отложениям. Водоупорами для этих горизонтов
являются пласты моренных суглинков.
2.	Гидравлическая связь между отдельными водоносными горизон-
тами ледниковых отложений. Эта связь происходит через древние доли-
ны размыва — «окна» в кровле горизонта, а также непосредственно
через морену на участках, где она опесчанена.
3.	Дренирующее влияние речных долин. Как правило, уровни водо-
носных горизонтов ледниковых отложений понижаются по мере про-
движения от водоразделов к долинам рек. Очень часто аллювиальные
отложения рек залегают непосредственно на ледниковых отложениях
и обусловливают связь водоносных горизонтов с поверхностными вода-
ми и атмосферой.
4.	Крайняя изменчивость мощностей отдельных водоносных горизон-
тов и перекрывающих и подстилающих их моренных отложений. Так,
в районе г. Минска мощность песков, заключенных между московской
и днепровской моренами, меняется от нескольких до десятков метров.
242
в некоторых случаях достигая 70—90 м. Точно так же мощность мос-
ковской морены, покрывающей пески, колеблется от нуля (в районе
«окон») до нескольких десятков метров (50—60 м).
5.	Неоднородность литологического состава различных водоносных
горизонтов. Так, в центральных районах Белоруссии пески, залегающие
между московской и днепровской моренами, являются более крупнозер-
нистыми и обладают большей водопроводимостью, чем пески, заключен-
ные между днепровской и березинской моренами.
6.	Наличие в разрезе прослоев водоупорных суглинков обусловли-
вает напорность водоносных горизонтов ледниковых отложений (меж-
моренных и подморенных). Надморенный (верхний) горизонт, как пра-
вило, безнапорный. Напоры меняются в значительных пределах — от
нескольких до 50—60 м и более в зависимости от глубины залегания
горизонта.
7.	Как правило, неглубокое залегание уровней подземных вод. Глу-
бина залегания статического уровня колеблется от нескольких до 20—
30 м. В районе зандровых полей депрессионная кровля срезается по-
верхностью земли. Здесь уровни находятся у самой поверхности.
8.	Различное положение кровли отдельных водоносных горизонтов
относительно глубины вреза речных долин. Это обстоятельство оказы-
вает влияние на величину понижения уровня воды при эксплуатации и
связанную с этой величиной возможность привлечения речных вод. Так,
залегание кровли межморенного московско-днепровского горизонта в
районе г. Минска на 40—50 м ниже уреза р. Свислочь создает благо-
приятные условия для использования вод этого горизонта. Кровля
более высоко залегающего надморенного горизонта расположена всего
лишь на 10—15 м ниже уреза, что не позволяет создать большие пони-
жения при его эксплуатации и обеспечить работу крупного водозабора.
9.	Благоприятные условия питания подземных вод и значительные
их естественные ресурсы. Так, западные районы европейской части
СССР, где подземные воды ледниковых отложений в основном могут
быть использованы в качестве источника крупного централизованного
водоснабжения, относятся к районам избыточного увлажнения. Здесь
количество осадков достигает 500—600 мм в год, а величина модуля
подземного стока 3—4 л!сек с Г км2.
10.	Минерализация подземных вод ледниковых отложений незна-
чительна (300—500 мг!л). Качество вод, как правило, отвечает требова-
ниям ГОСТов для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Перечисленные особенности — развитие комплекса водоносных го-
ризонтов, обладающих хорошей гидравлической связью друг с другом,
а также с поверхностными водами и атмосферой, и благоприятные
условия питания подземных вод являются основными факторами,
обусловливающими динамику подземных вод, заключенных в леднико-
вых отложениях. В этих условиях в формировании эксплуатационных
запасов подземных вод значительную роль играют процессы перетека-
ния из смежных водоносных горизонтов, а при расположении водозабо-
ров на небольшом удалении от поверхностных источников, кроме того,
привлекаются и речные*воды. При этом следует иметь в виду, что
процессы привлечения дополнительного питания во времени усилива-
ются. В тех случаях, когда привлекаемые запасы полностью компен-
сируют отбор из эксплуатируемого пласта, происходит стабилизация
движения подземных вод и установление стационарного режима фильт-
рации. Такая картина наблюдалась на Новинковском водозаборе
г. Минска, расположенном на небольшом (300—500 м) расстоянии от
16*	243
р. Свислочь. В других случаях, когда водоотбор превышает привлекае-
мые запасы, эксплуатация водозаборов проходит при неустановившейся
режиме подземных вод, однако темп снижения уровня резко замедля-
ется по сравнению с темпом снижения уровня в напорных горизонтах, не
получающих дополнительного питания во время эксплуатации.
Процессы перетекания подземных вод до настоящего времени изуче-
ны недостаточно. Так, например, еще не установлено, при каких гра-
диентах происходит вертикальная фильтрация через слабо проницаемые
слои. Поэтому более надежным является проведение оценки эксплуата-
ционных запасов по формулам неустановившегося движения, тем более,
что имеющийся опыт эксплуатации некоторых водозаборов г. Минска
свидетельствует о неустановившейся режиме фильтрации подземных вод
(Зеленовский, Дражненский водозаборы в районе г. Минска). Однако
следует иметь в виду, что использование при этих расчетах величин
коэффициентов пьезопроводности, полученных по данным кратковремен-
ных откачек, может привести к значительному и неоправданному зани-
жению запасов. Это связано с тем, что процессы перетекания, замедляю-
щие темп снижения уровня, начинают сказываться через достаточно про-
должительное время. Поэтому при расчетах наиболее целесообразно
принимать коэффициент пьезопроводности, определенный по данным
многолетней эксплуатации. В этом случае коэффициент пьезопроводно-
сти является интегральным показателем всех процессов формирования
эксплуатационных запасов, в том числе и процесса перетекания подзем-
ных вод. Так, коэффициент пьезопроводности, определенный Белорус-
ской геолого-гидрогеологической экспедицией, по данным пятнадцати-
летней эксплуатации Зеленовского водозабора, оказался равным
103 м21сутки. Это значение было принято при оценке эксплуатационных
запасов на других участках, находящихся в аналогичных условиях, что
позволило определить эти запасы наиболее обоснованно.
В большинстве случаев при расчетах запасов подземных вод, за-
ключенных в ледниковых отложениях, в качестве расчетной схемы
можно принимать «неограниченный пласт» и расчеты понижения
уровня вести по формуле
s=^-(in4L+ln4L+invL+-.-+in44’ <XV,H’
где s — понижение уровня в скважине, находящейся в наихуд-
ших условиях взаимодействия (обычно скважина, рас-
положенная в центре водозабора);
Qcp — средний дебит скважин;
kmcp— средний коэффициент водопроводимости;
7?п — приведенный радиус питания;
Го~радиус скважины;
И, гг, ..., гп — расстояние от скважины с номерами 1, 2 и п до рас-
сматриваемой скважины.
Величина приведенного радиуса питания определяется по формуле
/?п=1,5]/аГ,	(XVIII, 2)
где а — коэффициент пьезопроводности,
t — время работы водозабора.
В связи с тем, что расчеты понижения уровня проводятся по усеред-
ненным коэффициентам водопроводимости, а величины этого коэффи-
циента сильно колеблются, целесообразно после проведения расчета
дать рекомендации о распределении дибитов скважин, исходя из кон-
кретных параметров каждой скважины. Нагрузка на каждую скважину
244
должна назначаться пропорционально удельному дебиту или коэффици-
енту водопроводимости этой скважины.
В тех случаях, когда подземные воды ледниковых отложений гид-
равлически связаны с поверхностными водами и водозабор распола-
гается на расстоянии от реки, меньшем, чем половина приведенного
радиуса, оценку запасов следует проводить по формулам установив-
шейся фильтрации, как это показано в главе XIX.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Поисково-разведочные работы для целей водоснабжения в районах
развития ледниковых отложений должны проводиться в три обычные
стадии. В зависимости от заданной потребности в воде и степени
гидрогеологической изученности района отдельные стадии могут быть
совмещены, а в некоторых случаях даже, вообще, опущены.
Гидрогеологические исследования на стадии поисков заключаются
в проведении гидрогеологической съемки масштаба 1:100 000 —
1:200 000 и обобщении данных по действующим водозаборам. Так
как задачей поисковых работ является выбор водоносного горизонта
и перспективных участков для проведения на них разведочных работ,
площадь, на которой проводятся съемочные работы, должна намечаться
с таким расчетом, чтобы в ее пределах могли быть размещены водоза-
боры, удовлетворяющие перспективную потребность конкретного про-
мышленного района, города и т. д. в воде. Эта площадь устанавли-
вается из анализа общих гидрогеологических условий района с исполь-
зованием существующего опыта эксплуатации. Во время съемки
обязательно собираются сведения по всем имеющимся на данной тер-
ритории скважинам.
Анализ собранного материала должен привести к выделению райо-
нов, гидрогеологические условия которых выявлены недостаточно. На
этих территориях проводится дополнительное бурение картировочных и
гидрогеологических скважин. Расстояние между скважинами состав-
ляет от 3 до 5 км. Места расположения картировочных скважин по воз-
можности приурочиваются к пониженным частям рельефа. Картировоч-
ные скважины бурятся с таким расчетом, чтобы можно было установить
глубину залегания, литологический состав, мощности, напоры всех во-
доносных горизонтов, содержащих пресные воды, а также и качество
подземных вод. Гидрогеологические скважины, из которых проводятся
пробные откачки на одно понижение уровня продолжительностью 3—
5 бригадо-смен, бурятся только на перспективные водоносные гори-
зонты.
Бурение обязательно должно сопровождаться комплексом геофизи-
ческих каротажных работ (КС, ПС и ГК), которые, как показывает
имеющийся опыт Белорусской геолого-гидрогеологической экспедиции,
позволяют выделять более проницаемые прослои, отбивать границы
пород различного литологического состава, судить о степени глинизации
отложений.
При проведении гидрогеологической съемки особое внимание сле-
дует обратить на изучение условий взаимосвязи водоносных горизонтов
с поверхностными водотоками, на поиски древних погребенных долин.
Должны быть выявлены участки с отсутствием водоупорных перекры-
тий, где имеется непосредственная связь между различными водонос-
ными горизонтами.
В тех случаях, когда на территории съемки или в ближайших райо-
нах имеются групповые водозаборы, на которых не организованы систе-
матические наблюдения за режимом подземных вод, необходимо собрать
данные о количестве и конструкции водозаборных скважин, об измене-
245
нин их дебптов и уровней воды за время эксплуатации. Для этого нужно
провести рекогносцировочное обследование действующих водозаборов
и составить программу наблюдений за режимом подземных вод на них.
Наблюдения на действующих водозаборах должны начинаться в
процессе съемки и продолжаться во время проведения разведочных ра-
бот. Следует иметь в виду, что анализ материалов многолетней экс-
плуатации может дать наиболее надежные данные для оценки эксплуа-
тационных запасов подземных вод.
Наблюдения за режимом подземных вод должны быть организо-
ваны и на участках с естественным, ненарушенным режимом. В районах,
где имеются поверхностные водотоки, необходимо организовать также
наблюдения за расходом и уровнями воды в реках.
В результате обработки данных, полученных в процессе проведения
съемочных работ и анализа режима подземных вод на действующих
водозаборах, выделяются перспективные участки для постановки на них
предварительной разведки. Именно такая методика была принята Гео-
лого-гидрогеологической экспедицией, которая при решении вопроса
о водоснабжении г. Минска провела исследования на площади радиу-
сом 35—40 км с использованием опыта эксплуатации четырех круп-
ных водозаборов. В результате этих исследований было выделено семь
перспективных участков, на которых в последовательности, согласован-
ной с проектной организацией, по мере роста потребностей в воде
проводятся предварительная и детальная разведки.
Целью предварительной разведки является выявление наи-
более благоприятных площадей для заложения водозаборных скважин
в пределах выделенного перспективного участка и установления
оптимальной схемы водозабора. Для этого производится бурение картп-
ровочных и разведочных гидрогеологических скважин. По данным бу-
рения уточняется геологический разрез участка, условия залегания, мощ-
ности, гранулометрический состав водовмещающих пород, мощности и
состав перекрывающих и подстилающих водоупорных толщ или
устанавливается отсутствие водоупоров, распределение уровней и напо-
ров отдельных горизонтов, качество подземных вод. По данным опыт-
ных откачек, которые, как и при съемочных работах, должны прово-
диться на одно понижение уровня, но с несколько большей продол-
жительностью (2—3 суток) уточняются гидрогеологические параметры,
главным образом коэффициенты водопроводимости. Желательно при
проведении опытных работ оборудовать куст наблюдательных скважин
на несколько водоносных горизонтов для установления степени взаимо-
связи различных водоносных горизонтов. Однако при этом следует
иметь в виду, что отсутствие изменения уровней в смежных водоносных
горизонтах никак не свидетельствует об отсутствии гидравлической
связи между горизонтом, из которого проводится откачка, и горизон-
том, в котором проводится наблюдение за изменением уровня.
На стадии преварительной разведки места бурения гидрогеологи-
ческих разведочных скважин устанавливаются по данным бурения кар-
тировочных скважин. Во всех скважинах, как и при поисковых работах,
проводится комплекс геофизических работ и отбор проб воды для
проведения химического анализа.
В результате предварительной разведки устанавливаются наиболее
перспективные площади для размещения эксплуатационных скважин и
выбирается схема водозабора. Наиболее перспективными следует счи-
тать участки, отличающиеся наибольшей водопроводимостью выбран-
ного водоносного горизонта, меньшими мощностями или отсутствием
водоупорных перекрытий, большими напорами, а также приуроченные
к пониженным участкам поверхности и расположенные ближе к поверх-
ностным водотокам. Схема водозабора (количество скважин, их на-
грузка, расстояния между скважинами, система их расположения)
246
должна устанавливаться сопоставительными гидродинамическими и
технико-экономическими расчетами, в результате проведения которых
составляется технико-экономический доклад о целесообразности поста-
новки детальной разведки. В том случае, если схема водозабора может
быть установлена в результате поисковых работ и обобщения опыта
действующих водозаборов, стадия предварительной разведки может
быть опущена. Технико-экономический доклад в таких условиях состав-
ляется на основании поисковых работ.
Детальная разведка проводится применительно к выбранной
схеме водозабора и заключается в бурении и опробовании разведочно-
эксплуатационных скважин. Количество разведочно-эксплуатационных
скважин должно быть таким, чтобы суммарный дебит этих скважин
составлял не менее 30—40% проектного дебита водозабора. Обычно
разведочно-эксплуатационные скважины бурятся на расстояниях, вдвое
превышающих расстояния между водозаборными скважинами с таким
расчетом, чтобы между двумя опробованными точками можно было бы
наметить эксплуатационную скважину. В связи с тем, что в районах
развития ледниковых отложений характерна крайняя невыдержанность
литологического состава и мощностей водоносного горизонта, целесооб-
разно в местах бурения разведочно-эксплуатационных скважин предва-
рительно проходить картировочные скважины (разведочные стволы без
обсадки трубами). Как показывает опыт Белорусской геолого-гидрогео-
логической экспедиции, стоимость бурения одной картировочной сква-
жины (станок СБУД-150-ЗИВ, диаметр бурения 89/112 мм) в 15—
20 раз меньше стоимости одной разведочно-эксплуатационной скважины
(станок УРБ-ЗАМ, начальный диаметр 10"). Поэтому, даже если одна
разведочно-эксплуатационная скважина вскроет разрез с малой мощ-
ностью или со сравнительно неблагоприятными литологическими
условиями водовмещающих пород и, следовательно, не сможет быть
включена в схему водозабора, стоимость бурения одной неудачной
скважины будет больше чем стоимость 15—20 картировочных скважин.
Поэтому организациям, занимающимся бурением эксплуатационных
скважин в районах развития ледниковых отложений, экономически
целесообразно предварительно бурить картировочные скважины.
Основным видом работ на стадии детальной разведки являются
опытные откачки. Опытные откачки из разведочно-эксплуатационных
скважин должны проводиться при одном или при двух понижениях
уровня. В тех случаях, если имеющееся водоподъемное оборудование
позволяет получить из скважины расход, равный или близкий к проект-
ному, достаточно провести опытную откачку с одним понижением уров-
ня. В противном случае, если при откачке нельзя получить такой расход,
для получения кривой зависимости дебита от понижения следует про-
вести откачку с двумя понижениями.
Продолжительность опытных откачек на максимальное понижение,
исходя из опыта работ, может быть принята равной 5—7 суткам. При
проведении откачек с двумя понижениями уровня следует начинать
откачку с меньшего понижения.
При детальной разведке во всех скважинах, как и на ранних ста-
диях, проводится комплекс геофизических исследований, а также отби-
раются пробы воды для определения ее химического состава и бактерио-
логических свойств.
По результатам опытных откачек определяются коэффициенты во-
допроводимости и пьезопроводности. Для этого желательно использовать
при проведении откачки из одной скважины все пробуренные скважины
в качестве наблюдательных. Это объясняется тем, что величина коэф-
фициента водопроводимости (фильтрации) может быть наиболее точно
определена по данным о понижениях уровня в наблюдательных сква-
жинах. Что касается коэффициента пьезопроводности, то, как уже
247
говорилось, его величина, определенная по данным кратковременных
опытных работ, не учитывает условий восполнения запасов и не может
быть принята для расчетов водозабора. Однако определение этой вели-
чины может иметь общее значение для изучения гидрогеологических
условий и режима подземных вод в районах, где в формировании экс-
плуатационных запасов значительную роль играют процессы перете-
кания.
ПРИМЕР РАЗВЕДКИ И ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Рассмотрим в качестве примера применения методики поисков и
разведки, а также оценки эксплуатационных запасов подземных вод
исследования, проведенные Геолого-гидрогеологической экспедицией
на одном из участков в районе г. Минска. Как уже отмечалось, для
решения вопроса водоснабжения г. Минска, с учетом его перспектив-
ной потребности, Геолого-гидрогеологической экспедицией на первом
этапе работ были проведены поиски подземных вод на территории
радиусом 35—40 км. В связи с тем, что на исследуемой территории уже
была проведена гидрогеологическая съемка масштаба 1 :200 000, а для
отдельных площадей и масштабов 1 : 100 000 и 1 :50 000, а также, учиты-
вая, что на этой территории было пробурено несколько сотен эксплуата-
ционных скважин, поисковые работы заключались в сборе данных и
проведении наблюдений за режимом подземных вод на действующих
групповых водозаборах, сборе данных по имеющимся одиночным сква-
жинам и бурении картировочных скважин на участках, где проведен-
ными ранее работами гидрогеологические условия были выяснены
недостаточно. Картировочные скважины бурились на расстоянии не-
скольких (5—10—15) километров друг от друга. В результате бурения
этих скважин и анализа данных по существующим скважинам было
установлено повсеместное распространение на территории, расположен-
ной на расстоянии 35—40 км от г. Минска, двух межморенных гори-
зонтов, приуроченных к березинско-днепровским и днепровско-москов-
ским пескам.
Водовмещающими породами первого от поверхности (днепровско-
московского) водоносного горизонта являются хорошо отсортирован-
ные мелко-, средне- и крупнозернистые пески мощностью от несколь-
ких метров до 90 м, залегающие на глубине до 70 м. Березинско-днеп-
ровский водоносный горизонт приурочен к мелко- и тонкозернистым
пескам мощностью до 60 м, залегающим на глубине до 120 м. Анализ
гранулометрического состава водовмещающих пород и дебита скважин
позволил сделать вывод о перспективности днепровско-московского
горизонта. Для выделения перспективных участков на этот горизонт
проводилось бурение и опробование разведочных гидрогеологических
скважин на расстоянии 3—5 км друг от друга. На основании получен-
ных данных на семи выделенных перспективных участках по аналогии
с действующими водозаборами были утверждены запасы категорий С;
и С2. После этого начался этап разведочных работ на выделенных
участках.
Кратко охарактеризуем геологическое строение и гидрогеологиче-
ские условия участка работы.
Участок разведки находится в пределах Центрально-Березинской
равнины на междуречье Свислочь — Птичь. В геолого-структурном отно-
шении участок работ располагается в западной части Русской плат-
формы, на юго-восточном склоне Белорусско-Литовского массива. Гео-
логический разрез сложен толщей осадочных отложений палеозойского,
мезозойского и кайнозойского возраста мощностью до 450 м, залегаю-
щих на кристаллических породах докембрийского возраста. На участке
работ скважинами были вскрыты четвертичные флювиогляциальные,
248
ледниковые, аллювиальные и озерно-болотные образования березин-
ского, днепровского и московского оледенений и современные осадки
различного генезиса общей мощностью до 150 м, мергели туронского
яруса верхнего мела мощностью около 20 м, глауконитовые пески сено-
манского яруса мощностью до 15 м, пестроцветные глины, мергели и
доломиты среднего девона мощностью порядка 100 м и песчаники гдов-
ской свиты нижнего кембрия мощностью около 90 м.
Подземные воды приурочены ко всем стратиграфическим комплек-
сам пород. Среди четвертичных отложений выделяются семь водонос-
ных горизонтов, из них один приурочен к современным аллювиальным
и озерно-болотным отложениям и шесть — к флювиогляциальным и лед-
никовым образованиям. Для организации централизованного водоснаб-
жения во время поисковой стадии был выявлен перспективный горизонт,
приуроченный к флювиогляциальным песчаным отложениям, залегаю-
щим между моренами московского и днепровского оледенений. Этот
горизонт имеет повсеместное распространение и залегает на глубинах
от 12 до 87 м. Мощность горизонта крайне изменчива и колеблется от
1 до 75 м, при средней мощности около 45 м. В кровле и подошве водо-
носного горизонта залегают относительно выдержанные водоупорные
валунные супеси и суглинки московского и днепровского оледенений
мощностью соответственно от 0,5 до 37 и от 1,6 до 60 м. Водоносный
горизонт гидравлически связан как с вышележащим водоносным гори-
зонтом (поверхностными водами), так и с нижележащими водоносными
горизонтами в местах отсутствия водоупоров. Водоносный горизонт
напорный, величина напора колеблется от 7 до 56 ж, пьезометрические
уровни устанавливаются на глубинах от 1,5 до 23 м.
Разведочные работы, которые формально не подразделялись на
предварительные и детальные, проводились в определенной последова-
тельности. При этом авторы исходили из целесообразности организации
водозабора в виде линейного ряда скважин с расстояниями между сква-
жинами 300—350 м (расстояния выбраны по аналогии с действующими
водозаборами).
Исходя из гипсометрического положения участка, глубины залега-
ния и мощности основного межморенного днепровско-московского го-
ризонта, глубины залегания уровня подземных вод, было решено при-
урочить линию водозабора к древним ложбинам стока. В этих ложбинах
на расстоянии 1500—2000 м друг от друга были пробурены картировоч-
ные скважины, анализ данных которых выявил наиболее благоприят-
ные участки для заложения водозаборных скважин. На этих уча-
стках проводилось бурение картировочных скважин уже с целью
выбора точек для бурения разведочно-эксплуатационных скважин.
Расстояния между этими скважинами составляли 600—700 м. После
выбора мест заложения разведочно-эксплуатационных скважин в про-
межутках между ними бурились картировочные скважины с целью
выбора мест заложения эксплуатационных скважин. Общее коли-
чество картировочных скважин составило 51. Средняя глубина буре-
ния 100 м. Бурение проводилось колонковым способом буровой уста-
новкой СБУ(Д)-150-ЗИВ со сплошным отбором керна и без обсадки.
Диаметр бурения 89/112 льм.
Семь картировочных скважин, выбранных таким образом, чтобы
более или менее равномерно освещалась вся площадь размещения экс-
плуатационных скважин, были переоборудованы в гидрогеологические
разведочные и без них были проведены пробные откачки для определе-
ния водообильности московско-днепровского горизонта. Разведочные
скважины бурились станком УРБ-ЗАМ с начальным диаметром 203 мм и
оборудовались проволочными фильтрами диаметром 89—127 мм. По дан-
ным откачек были определены коэффициенты водопроводимости и уточ-
нено количество скважин проектируемого водозабора. Было установле-
но, что 30—40% проектного дебита может быть получено по И сква-
249
жимам. После этого на расстоянии 600—700м в местах, определенных
бурением картировочных скважин, было пробурено 11 разведочно-экс-
плуатационных скважин. Бурение производилось станком УРБ-ЗАМ
с начальным диаметром 450 мм. Скважины оборудовались фильтром
диаметром 254 мм, спущенным в интервалах залегания, выявленных
по каротажу наиболее проницаемых песчаных горизонтов. Стандарт-
ный электрический каротаж и гамма-каротаж были выполнены во всех
картировочных скважинах. Из всех разведочно-эксплуатационных сква-
жин были проведены опытные откачки на три понижения уровня,
продолжительность откачки при максимальном понижении составляла
5—6 суток.
Кроме скважин, вскрывающих московско-днепровский горизонт,
были пробурены три наблюдательные скважины на надморенный гори-
зонт с целью установления гидравлической связи между горизонтами.
Оценка эксплуатационных запасов проводилась гидродинамическим
методом. По данным откачек были определены коэффициенты водопро-
водимости, величина коэффициента пьезопроводности была вычислена
по данным анализа пятнадцатилетней эксплуатации Зеленовского водо-
забора. Для оценки запасов был рассчитан водозабор, состоящий из 28
скважин на расстоянии 300—350 м друг от друга, при расчетном сроке
эксплуатации 50 лет (расчеты проводились по формуле XVIII, 1).
Фактический дебит разведочно-эксплуатационных скважин был утверж-
ден в ГКЗ по кат. А, разность между расчетным дебитом водозабора
и запасами кат. А была утверждена как запасы кат. В. Так как расчет
проводился по формулам неустановившегося движения, то этот рас-
чет одновременно являлся обоснованием обеспеченности эксплуата-
ционных запасов.
Оценивая работы Геолого-гидрогеологической экспедиции по раз-
ведке подземных вод в пределах рассматриваемого участка, можно
отметить их целенаправленность и в целом правильную последователь-
ность. Следует отметить, однако, несколько методических ошибок.
1.	Схема водозабора не была обоснована технико-экономическими
расчетами. Эта схема была выбрана перед стадией предварительной
разведки (как уже говорилось, предварительная разведка была совме-
щена с детальной) и бурение картировочных и гидрогеологических
скважин проводилось, исходя уже из выбранной схемы. А после буре-
ния части картировочных скважин, уточняющих положение участков
размещения водозаборных скважин, и проведения пробных откачек из
разведочных скважин надо было составить ТЭД, где были бы указаны
количество скважин, расстояния между ними и схема расположения
скважин. Дальнейшие работы (бурение картировочных скважин для
выбора точек расположения разведочно-эксплуатационных скважин,
бурение разведочно-эксплуатационных скважин и опытные откачки из
них) нужно было проводить применительно к выбранной схеме водо-
забора.
2.	Бурение картировочных скважин на местах заложения разведоч-
но-эксплуатационных скважин целесообразно. Однако бурение карти-
ровочных скважин на местах эксплуатационных не является функцией
геологических организаций. Это следует рекомендовать организации,
занимающейся бурением эксплуатационных скважин.
3.	Нецелесообразным было проведение откачек из разведочно-экс-
плуатационных скважин на три понижения уровня. Из ряда скважин,
в которых максимальные дебиты превышали проектный, достаточно
было провести откачку с одним понижением уровня, в остальных — с
двумя понижениями.
4.	При расчетах коэффициента водопроводимости нужно было
использовать материалы и по понижениям уровня в наблюдательных
скважинах, а не только в центральных скважинах.
Глава XIX
ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ РЕЧНЫХ ДОЛИН
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
Подземные воды аллювиальных отложений древних и совре-
менных речных долин почти повсеместно являются одним из важней-
ших источников водоснабжения населенных пунктов и промышленных
предприятий.
Для водоносных горизонтов, приуроченных к аллювиальным от-
тожениям речных долин, характерны следующие особенности:
1)	водовмещающими породами являются рыхлообломочные обло-
жения;
2)	большая длина области распространения водоносных горизонтов
по сравнению с шириной;
3)	наличие свободной поверхности у водоносных горизонтов и толь-
ко в местах, где водоносные породы прикрыты относительно водоупор-
ными отложениями, возможен местный напор, выражающийся обычно
несколькими метрами и лишь в исключительных случаях (древние до-
лины) достигающий десятков метров.
4)	глубина залегания грунтовых вод от поверхности земли неболь-
шая (на пойменных террасах до 5 м, на древних — от 10 до 20 .и);
5)	мощность аллювиальных отложений изменяется в очень широ-
ких пределах: от нескольких десятков до сотен метров, обычно она
не превышает 20—25 м.
6)	режим грунтовых вод тесно связан с режимом реки. Динамику
грунтовых вод аллювиальных отложений определяют в основном усло-
вия их взаимосвязи с поверхностными водами и подземными водами
коренных пород.
Современные речные долины можно подразделить на две большие
группы: речные долины горных областей и речные долины равнинных
областей. Погребенные долины древних рек имеют некоторые специфи-
ческие черты в геоморфологическом и гидрогеологичском отношении и
поэтому будут рассмотрены отдельно.
Для речных долин горных областей характерны сравнительно боль-
шие продольные уклоны, достигающие нескольких сотых и даже
нескольких десятых долей, и относительно малая ширина. Подземные
воды в горных долинах образуют обычно подрусловые потоки, направ-
ленные параллельно руслу реки, при этом на некоторых участках до-
лины (как правило, в расширениях) происходит поглощение речных
вод, на других участках (перед сужениями) отмечается выход родни-
ков. Уклоны подземного потока здесь значительные.
Аллювий горных рек, как правило, сложен крупнообломочным ма-
териалом, в котором преобладают валуны, галька, гравий, часто с чис-
тым песком; распределение материала по вертикали крайне незаконо-
мерно. Мощность аллювия варьирует в очень широких пределах.
251
В долинах равнинных рек вследствие малого продольного уклона
поток грунтовых вод направлен почти поперек долины. Аллювий пред-
ставлен преимущественно песчаными и песчано-гравелистыми отложе-
ниями, реже галечниковыми, причем крупность материала увеличи-
вается с глубиной. Водоносные отложения нередко покрыты суглин-
ками и глинами. Во многих случаях переход от более крупного к менее
крупному материалу резко выражен, и внутри водоносной толщи можно
выделить два слоя — верхний, представленный супесями и мелкозер-
нистыми песками, и нижний (так называемый базальный горизонт),
сложенный крупнозернистыми песками и гравийно-галечниковыми отло-
жениями.
Однако среди аллювиальных отложений равнинных рек наблю-
даются, как указывает Е. В. Шанцер (1951 г.), все переходы пойменного
горизонта, сложенного суглинками, глинами от полной его редукции
к значительному преобладанию русловой фации, представленной песча-
ными и гравийно-галечными разностями. Наиболее широко развит про-
межуточный тип с равноценным развитием верхнего и нижнего гори-
зонтов.
Строение аллювиальных свит равнинных рек определяется в пер-
вую очередь режимом их уровней и расходов. Так, аллювиальные отло-
жения рек с естественно зарегулированным режимом (озерные реки с
отсутствием резко выраженных паводков и половодий) в основном
представлены хорошо отсортированными и промытыми русловыми
фациями. Верхний, слабо проницаемый горизонт, как правило, почти
не развит.
Для аллювия рек с четко выраженными паводками и с надежными
меженными расходами характерно развитие сезонного заиления, нали-
чие прослоев иловатых отложений в водоносных породах и развитие
старичных фаций.
Для рек с временными водотоками, с короткими высокими паводка-
ми характерно значительное сезонное заиление русла, развитие слабо
проницаемых пойменных фаций, высокое содержание глинистых частиц,
линз и прослоев супесей и суглинков в водовмещающих слоях.
Аллювий, представленный преимущественно пойменными водоне-
проницаемыми фациями, по данным А. Б. Розовского (1954 г.), развит
преимущественно в долинах коротких, подтопленных морем рек Юго-
Запада СССР, Дальнего Востока и степных рек Нижнего Заволжья.
Общая мощность аллювиальных отложений равнинных рек обычно
не превышает 20—25м и лишь в зонах переуглубления долин достигает
нескольких десятков, а иногда и сотен метров. Одним из основных
факторов, определяющих методику оценки и разведки запасов подзем-
ных вод в аллювиальных отложениях, является характер взаимосвязи
подземных и поверхностных вод.
По условиям взаимосвязи подземных и поверхностных вод долины
можно подразделить на три типа:
1)	река имеет постоянный водоток, заиление отсутствует и при
эксплуатации подземных вод непосредственная гидравлическая связь
поверхностных и подземных вод не нарушается (грунтовый поток «не
отрывается» от реки);
2)	река не имеет постоянного водотока или река имеет постоянный
водоток, но русло ее заилено. В условиях эксплуатации заиление может
усилиться, поэтому подпитывания водозабора водами рек происходить
не будет (кривая депрессии «отрывается» от реки). Кроме того, сущест-
вует несколько промежуточных типов, когда: а) русло реки заилено
только на отдельных участках, а на других участках связь поверхност-
ных и подземных вод сохраняется, б) русло реки заилено, однако
существует затрудненная связь между поверхностными и подземными
водами;
252
3)	река имеет постоянный водоток, но русло заилено и при эксплуа-
тации происходит отрыв кривой депрессии от реки, подпитывание водо-
носного горизонта осуществляется путем «дождевания» речных вод.
Интенсивность «дождевания» определяется фильтрационными свойст-
вами грунтов, слагающих ложе водотока.
В ряде случаев водозаборы, расположенные в долинах рек, экс-
плуатируют водоносные горизонты коренных отложений (р. Сев. Донец
и его притоки). Это происходит в том случае, когда речной аллювий
имеет малую мощность и обладает более низкими фильтрационными
свойствами по сравнению с коренными породами. Аллювиальные отло-
жения тогда служат дополнительной регулирующей емкостью, обеспе-
чивающей подпитывание водоносного горизонта в коренных отложениях
сверху и получающей восполнение в паводковый период.
Режим работы водозаборов характеризуется сработкой уровней
подземных вод в межпаводковый период и подъемом уровней в период
прохождения паводков.
ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Выбор расчетной схемы определяется, как известно, граничными
условиями. Рассмотрим граничные условия применительно к современ-
ным и погребенным долинам.
Современные речные долины
Долины первого типа
В долинах первого типа, где подземные воды имеют постоянную
гидравлическую связь с рекой, последняя является естественной грани-
цей потока, причем уровень воды на этой границе испытывает сезонные
колебания. При оценке эксплуатационных запасов подземных вод, опре-
деляемых на длительный срок эксплуатации, расчеты следует произво-
дить применительно к меженному уровню.
Второй естественной границей в плане, идущей более или менее
параллельно реке, является зона причленения аллювия к коренным по-
родам, причем здесь возможны следующие условия:
1)	водопроводимость коренных отложений мало отличается от
водопроводимости аллювия (рис. 41, а). При оценке эксплуатационных
запасов в этих условиях водоносный пласт следует рассматривать
ограниченным только со стороны реки (полуограниченный пласт);
2)	коренные породы обладают крайне слабой водопрово-
димостью — практически приток со стороны коренных пород отсутствует
(рис. 41, б). Если расстояние от водозабора до реки меньше по край-
ней мере в два раза, чем расстояние от водозабора до контакта аллю-
вия с коренными породами, то влиянием второй (водоупорной) границы
можно пренебречь и также рассматривать пласт как полуограничен-
ный (приближение линии водозабора к контакту аллювия с водоупор-
ными коренными породами нерационально). В горных долинах наи-
более целесообразно эксплуатационные скважины закладывать перед
суженными участками, где обычно отмечаются выходы родников и
аллювиальные отложения более промыты;
3)	в сравнительно редких случаях водопроводимость коренных от-
ложений значительно превосходит водопроводимость аллювия. В этих
условиях на контакте коренных и аллювиальных отложений обычно
выходят родники, и водозаборы целесообразно располагать либо в при-
контактовой зоне, либо непосредственно в коренных породах.
253
Граничные условия в разрезе могут быть представлены теми же
тремя (перечислены выше) типами:
Не останавливаясь подробно на первых двух случаях, так как
существование границы с постоянным напором в непосредственной
близости от водозабора в значительной мере уменьшает влияние дру-
гих границ, обратим особое внимание на третий тип граничных условий,
когда водопроницаемость коренных отложений значительно превосхо-
дит водопроницаемость аллювия. Причем очень часто в кровле корен-
ных отложений развит слабо проницаемый (заиленный) горизонт,
затрудняющий связь аллювиального и коренного водоносных горизонтов.
Рис. 41. Различные типы речных долин в зависимости от граничных условий
а--подземные воды имеют связь с рекой; водопроводимость коренных пород мало отличается
от водопроводимости аллювия; б — подземные воды имеют связь с рекой; коренные породы
практически водоупорны; в —постоянный водоток в реке отсутствует, коренные породы прак-
тически водоупорны; г — река имеет слабый водоток с заиленным руслом; подпитывание
подземных вод происходит путем «дождевания»; коренные породы практически водоупорны
В подобных условиях водозаборы целесообразно закладывать на водо-
носный горизонт коренных отложений.
Для всех водозаборов, расположенных у реки, характерна быстрая
стабилизация уровней и дебитов, что позволяет вести расчеты эксплуа-
тационных запасов по формулам установившегося движения, пользуясь
гидродинамическими методами или применяя совместно гидравлические
и гидродинамические методы.
Гидродинамические методы применяются для ориентировочных рас-
четов. Понижение уровня в скважинах, расположенных в виде линей-
ного ряда вдоль берега реки, может быть подсчитано по формуле
Маскета — Лейбензона.
s = H- 1//Д - 4-/1п-^-------’ (XIX, 1)
Г	~k (	2л/-0 1 X J	'	'
где s •— понижение уровня в скважине;
X — расстояние между скважинами;
I — расстояние от линии расположения скважин до реки.
Формула (XIX, 1) выражает равные, несколько завышенные, вели-
чины понижений во всех скважинах водозабора, так как не учитывает
увеличения притока к концевым участкам ряда. Следовательно, если
понижение, рассчитанное по этой формуле, не превышает допустимого,
то запасы можно считать обеспеченными.
254
Более точно, особенно для крайних скважин ряда, величины пони-
жения могут быть найдены для взаимодействующих скважин, распо-
ложенных у контура питания, методом зеркального отображения и
наложения течений по формуле
... +QJn-M, (XIX, 2)
Г	у	Го	Г i	Г п ]
где Q — дебит скважины, в которой определяется понижение
уровня;
гь г2, .... гп — расстояние от скважины, в которой определяется пони-
жение до других скважин водозабора с дебитами
соответственно Qi, Q2, •••, Qn,
pi, рг, pn — расстояние этой скважины до зеркальных отображе-
ний других скважин водозабора.
На графике (рис. 42) показана сходимость расчетов по формулам
(XIX, 1) и (XIX, 2) для различного числа скважин в ряду, для различ-
ных расстояний ряда от реки (/) и между скважинами (X). На оси
абсцисс отложены значения -у- , на оси ординат — соотношения пони-
жений уровня в скважине (в %), определенных по формулам (XIX, 1)
и (XIX, 2) для крайних и центральных скважин при разном количестве
скважин в ряду.
Для точек, расположенных выше линии АВ (см. рис. 42), ошибка в
расчетах величины понижения уровня воды в скважинах по формуле
(XIX, 1) не превышает 10%. Для точек, расположенных ниже этой ли-
нии, погрешность превышает 10%.
Из графика становится совершенно очевидным, что расчет пониже-
ния по центральной скважине ряда, с достаточной степенью точности
(расхождение не превышает 10%), можно выполнять по формуле
Маскета — Лейбензона, если количество скважин в ряду более 3 и вели-
I 2
чина— Для крайней скважины ряда расчет по Маскету — Лейбен-
I / 1
зону достаточно точен при величине отношен
Понижение уровня воды в скважине может быть определено при
совместном применении гидравлического и гидродинамического мето-
дов по формуле
« = «(> +2	(XIX, 3)
i 1
где s — полное понижение уровня воды в скважине;
so — понижение от работы рассматриваемой скважины, определен-
ное по кривой дебита по данным откачек;
п
SAs,-— сумма срезок в рассматриваемой скважине от работы других
«-I
скважин водозабора, определенных по формуле:
Д$. =	ln-^,	(XIX, 4)
где Q, — дебит /-той скважины, вызывающей срезку в рассматриваемой
скважине;
г, и э, — расстояние от рассматриваемой скважины до скважины, вы-
зывающей срезку, и до ее отображения.
Одним из главнейших вопросов, которые должны быть разрешены
при изыскании участка под инфильтрационный водозабор, является во-
прос об изменчивости фильтрационных свойств аллювиальных отложе-
255
Рис. 42. Сходимость расчетов линейного ряда по Маекету — Лейбенэону н методом суперпозиции для различных вариантов размещения и количества водо-
заборных скважин
/ — центральная скважина ряда; 2 —крайняя скважина ряда. Цифры обозначают количество сктажпп в ряду
Для широких рек величина cth b 1/
кий в прирусловой зоне. Особенно важно это для рек, несущих воду с
повышенной мутностью.
Во многих случаях при двухслойном строении аллювия река не
прорезает слабо проницаемые слои, слагающие верхнюю зону аллювия.
Тогда при расчете следует учитывать дополнительное сопротивление,
возникающее при фильтрации из реки через слабо проницаемый слой.
Величина дополнительного сопротивления А/ определяется по формуле
В. М. Шестакова (1964)
д/ = у ctll ь уууг, (xix, 5)
где 1г и т — коэффициент фильтрации и мощность нижнего хорошо
водопроводящего слоя;
ka и т0—коэффициент фильтрации и мощность верхнего, слабо во-
допроводящего или закольматированпого слоя;
b — ширина реки.
kg _ ।
kmm^
Величина А/ может быть определена по данным наблюдений за ре-
жимом грунтовых вод (Бпндеман, 1952): 1) в период стационарного
положения депрессионной кривой; 2) в паводковый период и 3) для
каналов и водохранилищ в период быстрого наполнения или опорож-
нения.
При значительных смещениях уреза, превышающих фактическое
расстояние до реки в 5—7 раз, ошибка при определении понижения
может превысить 20%.
При расчете величины понижения уровня воды в скважине по
формулам (XIX, 1) и (XIX, 2) в них вместо величины / будет входить
величина /' = /+А/.
При расчете понижений в скважинах инфильтрационного водоза-
бора необходимо учитывать влияние сопротивления ложа водоема,
сказывающееся в связи с несовершенством вреза речного русла.
Учет дополнительного сопротивления в этом случае в соответствии
с предложениями В. М. Шестакова (1964) осуществляется путем
сдвига уреза реки па величину А/:
М = В	(XIX, 6)
где 2В— ширина реки.
Для крупных рек (В>Д):
Д7 = 0,44/7.	(XIX, 7)
Прохождение высоких бурных паводков па реках, сопровождаю-
щееся деформациями русла, может служить благоприятным фактором
при выборе участка водозабора, так как при этом происходит «сди-
рание» верхнего закольматированпого слоя, аналогичное промывке
естественного фильтра, через которые речные воды поступают в сква-
жину.
На реках с резким изменением фильтрационных свойств аллювия,
в пределах даже небольших отрезков долины (например, аллювий до-
лины р. Арагви) содержание глинистых частиц местами столь велико,
что скважины, пробуренные в непосредственной близости от русла,
воду не вскрывают; аллювиальные отложения здесь безводны. В то же
время на значительном расстоянии от этих участков фильтрационные
свойства аллювия достаточно благоприятны для сооружения береговых
водозаборов (Семенов, Лыкошин, 1960 г.). Поэтому в процессе полевых
исследований важно установить наличие таких заиленных участков
17 Зак. 627	2 57
По млению некоторых исследователей, эксплуатация инфильтра-
ционных и особенно лучевых подрусловых водозаборов способствует
усилению естественной кольматации русла на участке водозабора и
снижению дебита водозабора. Однако фактический материал, накоплен-
ный по этому вопросу, имеет несколько противоречивый характер.
В работах А. И. Арцева (1964 г.) и А. Ф. Порядина (1962 г.) пока-
зано, что снижение фактического дебита водозабора по сравнению
с проектным происходит чаще всего по трем причинам:
1)	из-за недоразведанности участка водозабора, когда изменение
фильтрационных свойств аллювия в прирусловой зоне («естественная»
кольматация) не изучено;
2)	при сооружении инфильтрационных водозаборов в верхнем
бьефе водоподъемной плотины. При сооружении водохранилища проис-
ходит искусственная «перестройка» режима реки, сопровождающаяся
образованием естественного отстойника, которым является чаша водо-
хранилища. В этом случае усиление кольматации, очевидно, в большей
степени вызвано снижением скоростей течения поверхностных вод,
выпадением взвешенных частиц и образованием слоя ила, выстилаю-
щего дно водохранилища и создающего дополнительное сопротивление,
не учтенное при проектировании водозабора;
3)	в результате изменения режима стока взвесей в речных водах
под влиянием деятельности человека. В качестве примера может слу-
жить опыт эксплуатации водозабора в г. Томске, где кольматация
речного русла резко увеличилась вследствие сброса в реку выше участка
водозабора золы с действующей ТЭЦ.
Кроме указанных случаев увеличение степени кольматации рус-
ловых отложений отмечено для лучевых подрусловых водозаборов, на
участке действия которых градиент достигает 1 и более.
Во всех остальных случаях вопрос об изменении закольматирован-
ности русла под влиянием работы берегового водозабора пока остается
нерешенным.
Долины второго типа
Характерной чертой этих долин является постоянное или времен-
ное отсутствие взаимосвязи поверхностных и подземных вод и вслед-
ствие этого — неустановившийся режим движения подземных вод при
эксплуатации. В этих условиях наиболее част случай, когда ширина
долины невелика, водопроводимость аллювиальных отложений зна-
чительно выше, чем водопроводимость коренных пород, которые для
простоты расчета можно рассматривать как водоупор. Постоянный во-
доток в реке отсутствует. Подобные условия характерны для засушли-
вых областей (Казахстан), а также для горных рек, если вода из них
полностью разбирается на ирригацию или русло реки заилено. Воспол-
нение запасов в таких условиях происходит либо в периоды паводков
(р. Илек), либо в отдельные многоводные годы, поэтому дебиты водоза-
боров в течение длительного времени обеспечиваются только за счет
сработки естественных запасов. Длительность маловодного периода
достигает для некоторых районов 9 лет (р. Токрау).
В этих условиях нужно учитывать влияние обеих водоупорных гра-
ниц, принимая расход на них равным нулю, и рассматривать пласт
ограниченным с двух сторон непроницаемыми породами (пласт-
полоса) .
При оценке эксплуатационных запасов в рассматриваемых усло-
виях применяется гидродинамический метод. При этом в долинах, где
поверхностные водотоки действуют периодически, оценка разделяется
на две части: расчет сработки естественных запасов (в период отсут-
ствия стока) и расчет восполнения запасов (при наличии водотока).
Методика расчета водозаборов в аллювиальных отложениях речных
258
долин при сработке естественных запасов разработана Ф. М. Бочевером
(1959, 1960), Ф. М. Бочевером и Е. А. Кожевниковой (1957). Понижение
уровня в водозаборных скважинах определяется в зависимости от
системы расположения скважин, что в свою очередь зависит от мощ-
ности водоносного горизонта и условий восполнения запасов при
эксплуатации.
Наиболее рационально, по технико-экономическим соображениям,
закладывать скважины в виде одного или нескольких поперечных рядов,
так как при таком расположении скважин длина водоводов получается
наименьшей по сравнению с расположением скважин вдоль долины.
Понижение уровня в водозаборной скважине приближенно определяется
по формуле
[ q I х 3,55 К)
s = H- V	Н-------г-2— • (XIX, 8)
У	-r.k \ 2лги 1 X 7	v > /
Если в пласте работают два или более поперечных рядов скважин,
то к понижению уровня, рассчитанному по формуле (XIX, 8), необхо-
димо прибавить сумму срезок уровня, образующихся в скважине рас-
сматриваемого ряда при работе скважин соседнего ряда. Эти срезки
уровня определяются по формуле
Qi сум У
2 У ayt 7 ’
(XIX, 9)
R
где Asi — срезка уровня в скважине рассматриваемого ряда при
работе соседнего Z-того ряда;
QcyM — суммарный дебит скважин t-того ряда, вызывающего
срезку уровня в скважине рассматриваемого ряда;
Xi — расстояние от ряда, в скважине которого определяется
срезка, до Z-того ряда, вызывающего срезку;
Bi — длина i-того ряда, вызывающего срезку;
-—7=1—специальная функция, значение которой приводится в
\2 V ayt)
табл. 27.
Таблица 27
	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,3
R	0,564	0,52	0,46	0,38	0,31	0,25	0,20	0,15	0,12	0,09	0,07	0,05	0,02
В долинах, где мощность водоносного аллювия незначительна и
восполнение запасов происходит в кратковременные периоды, скважины
целесообразно закладывать в виде продольных рядов для увеличения
фронта, на котором будет происходить фильтрация вод к скважинам в
период восполнения. В узких (шириной до 2 км) долинах следует за-
кладывать один продольный ряд скважин, при большей ширине — два
ряда.
Понижение уровня в скважине продольного ряда определяется при-
ближенно по формуле
s="-+	•	<Х1Х’ 10>
где RK— радиус круга, равновеликого блоку со сторонами X и L, а
X — расстояние между скважинами;
L — ширина долины;
(XIX, 11)
17*
259
При этом расчете величины понижений для всех скважин, кроме
центральной, получаются несколько преувеличенными.
Формула (XIX, 11) выведена из предположения, что каждая сква-
жина срабатывает естественные запасы на участке, ограниченном
линиями, проходящими через середины расстояний между скважинами
и непроницаемыми бортами долины, т. е. что каждая скважина
работает в закрытом блоке.
Если работают два продольных ряда скважин, то в формулу
(XIX, 11) вместо L подставляется -----половина ширины долины.
Величина восполнения естественных запасов в долинах рек с
периодически действующими водотоками определяется на основании
данных наблюдений за потерей речного стока, в паводковые периоды —
за счет фильтрации в аллювиальные отложения. Ориентировочно эти
потери могут быть определены как утечка через стенки и дно канала
по формулам, предложенным С. Ф. Аверьяновым (1955 г.), Н. Н. Вери-
гиным (1958 г.), Н. Н. Биндеманом (Справочное руководство гидрогео-
лога, 1959).
При расположении водозабора в центральной части широких до-
лин, на расстоянии нескольких километров от границ пласта, влиянием
последних можно пренебречь и рассматривать пласт как неограничен-
ный. Подобные условия характерны для некоторых участков крупных
речных долин равнинных рек, на которых русло реки заилено, вслед-
ствие чего при эксплуатации подземный поток «отрывается» от гори-
зонта реки и движение его приобретает неустановившийся характер.
Этой же расчетной схеме отвечает случай, когда водопроводимость
аллювиальных отложений в долинах с периодически действующими
водотоками мало отличается от водопроводимости коренных отложений.
В этом случае особую важность приобретает вопрос о минерализации
вод в коренных отложениях. Если минерализация их превышает норму,
необходимо определить время подсоса соленых вод снизу и минерали-
зацию воды при смешении в конце периода эксплуатации водозабора,
если подсос начинается в процессе эксплуатации (см. главу XXI). Эти
вопросы детально разработаны в работах В. Д. Бабушкина (1962) и
В. М. Гольдберга (1964).
Долины третьего типа
В процессе эксплуатации подземных вод в долинах с постоянным
слабым водотоком, текущим в заиленном русле, в меженный период
происходит отрыв депрессионной кривой от реки. Подпитывание под-
земных вод осуществляется путем «дождевания» речных вод (рис. 41, г).
В паводковый период пойма затапливается полыми водами и происхо-
дит смыкание уровня подземных и поверхностных вод.
Оценка эксплуатационных запасов подземных вод в условиях сво-
бодной фильтрации воды из речного русла выполняется с применением
гидравлического метода. Гидродинамические методы для подобного слу-
чая еще не разработаны.
Кроме того, для оценки эксплуатационных запасов подземных вод
может быть использован опыт эксплуатации действующих водозаборов.
Погребенные долины
Древние погребенные долины могут быть разделены на два под-
типа:
1. Древние долины совпадают с современными. Отложения совре-
менного аллювия залегают непосредственно на древнеаллювиальных, и
подземные воды, приуроченные к этим осадкам, образуют единую
гидравлическую систему, связанную с поверхностным водотоком.
260
Методика оценки эксплуатационных запасов подземных вод в этом
случае аналогична изложенной в соответствующих разделах настоящей
главы.
2. Древние долины, не связанные с современными долинами. Часто
древний аллювий перекрыт в кровле надежными водоупорами. Здесь
могут быть рассмотрены два случая: 1) водопроводимость коренных
пород значительно ниже водопроводимости древнеаллювиальных на-
коплений; 2) коренные отложения по водопроводимости практически
не отличаются от древнеаллювиальных.
В первом случае коренные породы можно рассматривать как водо-
непроницаемые. Расход на границах пласта равен нулю. Если долина
имеет длину порядка нескольких десятков километров, древнеаллю-
виальный водоносный горизонт можно рассматривать как пласт-полосу.
Если же долина имеет незначительную протяженность, оценка эксплуа-
тационных запасов подземных вод может быть выполнена только при
условии использования их в течение ограниченного времени (пять —
десять лет), т. е. подземные воды этого горизонта могут служить только
в качестве временного источника водоснабжения.
Восполнение древнеаллювиального горизонта может происходить
путем инфильтрации атмосферных осадков через «окна» в водоупорной
кровле, либо на всей площади распространения горизонта, если водо-
упорное перекрытие отсутствует.
Величина понижения в скважинах водозабора может быть опреде-
лена для пласта-полосы по формулам (XIX, 8) и (XIX, 10) и для
пласта-круга по формуле (XIX, 10).
Во втором случае, когда фильтрационные свойства коренных пород
почти не отличаются от фильтрационных свойств древнего аллювия,
оценку эксплуатационных запасов подземных вод следует выполнять
применительно к схеме неограниченного пласта (см. главу XII).
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Приведенная краткая характеристика аллювиальных водоносных
горизонтов и схематизация природных условий применительно к трем
основным задачам (типам) позволяет определить вопросы, которые
должны быть решены в процессе гидрогеологических исследований для
оценки эксплуатационных запасов подземных вод аллювиальных водо-
носных горизонтов и вод коренных отложений в долинах рек:
1)	распространение, мощность и фильтрационные свойства
аллювия;
2)	режим реки (уровни, расходы, мутность, взвешенные наносы,
качество воды, особенно для меженного периода, деформации русла,
(см. главу VII);
3)	характер связи грунтовых и речных вод и влияние режима по-
верхностного стока на характер этой взаимосвязи;
4)	качество грунтовых вод;
5)	характеристика водоносного горизонта в коренных породах,
качество вод коренных отложений.
Весьма существенным фактором, который может повлиять на ре-
жим работы инфильтрационного водозабора, является возможное
увеличение кольматации русла водотока или водоема под влиянием
работы собственно водозабора. Однако в настоящее время еще не
разработана методика прогнозирования этих изменений, поэтому
оценить их можно только на основе опыта эксплуатации водозаборов,
работающих в сходных условиях.
Все поставленные вопросы могут быть решены лишь при условии
проведения широкого комплекса исследовательских работ: съемочных,
буровых, опытных, гидрологических и геофизических. Состав и объем
261
работ определяются в значительной мере сложностью природных усло-
вий (климатических, гидрогеологических, геолого-морфологических и
гидрологических), степенью изученности района, этапом исследований
и величиной заявленной потребности в подземных водах.
Описание методики производства гидрогеологических работ для
организации водоснабжения за счет подземных вод аллювиальных
отложений дано применительно к трем стадиям полевых исследований.
В целом ряде случаев представляется возможным значительно
сократить объемы работ на отдельных стадиях, а иногда просто
отказаться от производства работ для одной из стадий.
Поисковые работы. Первым этапом гидрогеологических ис-
следований для оценки эксплуатационных запасов подземных вод
являются поисковые работы. Целевым назначением их является полу-
чение гидрогеологической характеристики района для выделения пер-
спективных участков. Основным видом работ на этой стадии служит
гидрогеологическая съемка масштаба 1:25 000— 1:50 000. Выбор мас-
штаба обусловлен сложностью геолого-гидрогеологических и гидрохими-
ческих условий.
В зонах избыточного увлажнения, где реки имеют постоянный во-
доток и хорошо разработанную долину, а запасы подземных вод имеют
надежное восполнение, масштаб съемки может быть не крупнее
1 : 50 000.
В аридной и полуаридной зонах, где гидрохимическая обстановка
весьма пестрая, реки пересыхают, геолого-гидрогеологические условия
часто характеризуются наличием тектонических нарушений и развитием
мелких структур, съемочные работы необходимо вести применительно
к более крупным масштабам (1 : 25 000).
Съемкой должна быть захвачена не только собственно речная до-
лина, но и коренные берега ее. В процессе гидрогеологической съемки
должно быть установлено геологическое строение долины, история ее
развития, участки древних переуглублений, строение и фильтрационные
свойства аллювия, направление грунтового потока и связь его с
речными водами, выявлены участки разгрузки аллювиальных вод
родниками и путем испарения, участки расширения и сужения долины
и связанные с ними участки поглощения речных вод или разгрузки грун-
товых вод. Охарактеризованы фильтрационные свойства коренных по-
род и качество воды в аллювиальных и коренных отложениях. Если
в районе съемки выявлены воды повышенной минерализации, необхо-
димо проследить границу раздела пресных и минерализованных вод.
При проведении гидрогеологической съемки должны быть собраны
материалы по действующим водозаборам (расходы, уровни, количество
скважин, режим их работы, темпы наращивания водоотбора в процессе
эксплуатации водозабора и закономерность снижения уровней) и об
утвержденных запасах подземных вод в районе.
В процессе проведения поисковых работ должны быть получены
данные о режиме реки, продолжительности меженного периода, харак-
тере и продолжительности паводка и собраны данные о существующем
отборе воды из реки, что особенно важно для рек маловодных, пере-
сыхающих и перемерзающих. Для рек с периодически действующими
водотоками (пересыхающие и перемерзающие реки) должна быть
установлена длительность периода, когда сток в реке отсутствует.
Для получения гидрологических данных возможно использо-
вание метода аналогий, позволяющего применять материалы наблюде-
ний за режимом стока и характеристикой какой-либо исследованной
реки, находящейся в аналогичных природных условиях.
Гидрогеологическая съемка на стадии поисков выполняется с при-
менением буровых и опытных работ. Буровые скважины закладываются
по поперечникам (4—5 скважин на поперечнике), отстоящим друг от
262
друга на расстоянии 3—4 км. Скважины рекомендуется закладывать
вблизи русла (на расстоянии порядка 100 м), в тыловой части террас,
в месте примыкания их к коренному берегу и на коренном берегу.
Скважины, закладываемые в аллювиальных отложениях, следует
проходить с углублением в коренные породы: в том случае, если мощ-
ность аллювиальных отложений значительна (измеряется сотней метров
и более), коренные породы следует вскрывать не более чем одной
скважиной. В этом случае глубина заложения остальных скважин не
должна превышать 60—70 м. Рельеф кровли коренных пород в этом
случае может быть охарактеризован по данным геофизических работ
(электроразведка).
Характеристика фильтрационных свойств коренных пород в бортах
долины должна быть получена по данным бурения и опробования
скважин. Глубина вскрытия пород скважинами в бортах долины опреде-
7яется в значительной мере глубиной вреза долины, и поэтому она мо-
жет меняться в очень широких пределах. Ориентировочно можно
рекомендовать углубление бортовых скважин на 8—10 м ниже абсо-
лютной отметки уреза воды в реке. Из всех пробуренных скважин
должны быть произведены пробные откачки из аллювиального и корен-
ного водоносного горизонтов, на одно понижение каждая. Продол-
жительность откачки не более 3 смен.
Поисковые работы целесообразно проводить на базе имеющихся
аэрофотосъемочных материалов. Наиболее эффективен этот метод при
разведке аллювиальных водоносных горизонтов древних погребенных
долин, так как он часто позволяет проследить на фотоснимках контуры
долины, которые при наземных визуальных наблюдениях в рельефе
выделить почти невозможно.
В тех районах, где речные долины врезаны в скальные породы,
геологическое строение их может быть достаточно надежно установ-
лено по геофизическим данным (электропрофилирование и электрозон-
дирование). Особенно важное значение этот метод приобретает в доли-
нах, где мощность аллювия велика, и бурение скважин до коренных
пород резко удорожает стоимость поисков. Материалы поисковых
работ позволяют выделить перспективные участки для проведения
предварительной разведки. Если район в гидрогеологическом отноше-
нии достаточно изучен и в его пределах имеются действующие водоза-
боры, то запасы подземных вод утверждались на отдальных участках;
если же по району имеются данные съемочных, буровых или геофизиче-
ских работ, проводившихся для других целей, то это позволяет
выделить участки, перспективные для организации водоснабжения, а
проведение поисковых работ нецелесообразно.
В случае, когда источником водоснабжения в речной долине выб-
ран водоносный горизонт коренных отложений в процессе буровых п
опытных работ, основное внимание должно быть уделено исследованию
его геолого-гидрогеологических характеристик (мощность, фильтра-
ционные свойства, качество воды).
Предварительная разведка. Целью гидрогеологических
исследований на стадии предварительной разведки является получение
сравнительных гидрогеологических характеристик нескольких участков,
выбранных на стадии поисковых работ. В дальнейшем на основании
сопоставления материалов, полученных в процессе предварительной
разведки, должен быть выбран участок для детальной разведки водо-
забора применительно к конкретной схеме.
Предварительная разведка включает выполнение широкого комплек-
са работ: буровых, опытных, геофизических, гидрологических и наблю-
дательных.
Бурение ск'важин производится по поперечникам, отстоящим друг
эт друга на расстоянии 0,5—1,0 км. В горных долинах поперечники
263
располагаются выше участков сужений, в местах возможного поглоще-
ния речного стока и ниже впадения притоков. Расстояния между сква-
жинами на поперечнике не превосходят 300—500 м. Для увязки
полученных данных между поперечниками бурятся одиночные
скважины.
В речных долинах с периодически действующими водотоками очень
важно получить детальную характеристику строения и фильтрацион-
ных свойств аллювия не только в приречной зоне, но и в пределах всей
долины, так как эксплуатация водозаборов в подобных долинах в
меженные периоды происходит за счет сработки естественных запасов
в аллювии. Поэтому в долинах пересыхающих рек следует закладывать
скважины между поперечниками и в тыловых частях террас. На горных
реках, где аллювий часто представлен крупновалунным материалом,
бурение скважин весьма удорожается. В подобных случаях буровые
работы возможно частично заменять геофизическими, особенно там,
где коренные породы представлены скальными разностями.
В речных долинах с мощными толщами аллювиальных отложений
характеристика относительного изменения фильтрационных свойств
может быть получена с помощью резистивиметрии. Применение этого
метода позволяет выделить более проницаемые прослои для установки
фильтров.
Буровые выработки следует закладывать на полную мощность
аллювия, если она не превышает 100 м, особенно на участках разведки
древних погребенных долин, так как в последнем случае ниболее важно
определение естественных запасов подземных вод. Для сокращения
объема буровых работ и уточнения мест заложения скважин рекомен-
дуется провести электропрофилирование или электрозондирование. Эти
геофизические исследования особенно полезны при поисках древних
погребенных долин, к которым нередко приурочены значительные за-
пасы подземных вод. Скважины, пробуренные на характерных участ-
ках для получения данных об удельных дебитах и коэффициентах
фильтрации, опробуются опытными откачками на одно-два понижения,
продолжительностью 5—8 суток.
В отдельных случаях, особенно в нешироких долинах, когда можно
предположить отсутствие взаимосвязи подземных и поверхностных вод,
групповые откачки целесообразно произвести на стадии предваритель-
ных исследований с организацией наблюдений за ростом депрессионной
воронки по обоим берегам реки. Результаты групповой откачки явятся
одним из основных показателей при решении вопроса о постановке
детальных работ и выборе схемы водозабора.
Характеристика фильтрационных свойств аллювия и ее изменения
по вертикали, при мощности аллювиальных отложений более 20—30 м,.
должна быть определена по данным зональных откачек. Длина
опробуемого интервала 10—15 м.
Для определения степени заиления русла необходимо провести
опытную откачку из скважины, отстоящей от реки в 10—15 м. В процес-
се откачки должны проводиться наблюдения за уровнем подземных вод
по скважинам, расположенным вблизи уреза на обоих берегах реки
(для нешироких рек). Если ширина реки значительна (более 100—
200 м), наблюдения за уровнем подземных вод следует проводить по
пьезометрам, установленным в русловой части или по скважине, про-
буренной на острове. Следует, однако, помнить, что снижение уровня
воды в скважине, расположенной у берега реки, при откачке из подзем-
ных вод на противоположном берегу может происходить не только
вследствие заиления речного русла и отрыва депрессионной кривой от
уреза реки при неустановившемся движении. Причиной снижения уровня
в условиях установившегося движения может послужить несовершен-
ство вреза речного русла.
264
Оценка сопротивления русла вследствие кольматации может быть
дана по материалам режимных наблюдений за уровнями аллювиаль-
ного горизонта, особенно в периоды прохождения паводков, попусков
воды из водохранилищ и других случаев, связанных с резким колеба-
нием уровня воды в реке.
В связи с этим на участках предварительной разведки необходима
организация годичного цикла режимных наблюдений по характерным
скважинам (у реки, в тыловой части поймы, на коренном берегу). Дан-
ные режимных наблюдений позволят судить о величине питания аллю-
виального водоносного горизонта. На горных реках изучение режима
подземных вод должно проводиться совместно с гидрологическими
наблюдениями на участках возможного поглощения речных вод. Для
этого выше и ниже предполагаемого участка поглощения должны быть
оборудованы гидрометрические посты.
В тех случаях, когда заказчиком предъявляются требования по
температуре воды, необходимо режимные наблюдения за поверхност-
ными и подземными водами и опытные откачки сопровождать термо-
метрическими наблюдениями. Постановка термометрических наблюде-
ний целесообразна также в долинах рек с маломощным аллювием.
Допустимые понижения уровней воды в скважинах при эксплуата-
ции подземных вод невелики, значительная часть эксплуатационных за-
пасов подземных вод формируется за счет привлечения поверхностного
стока. Следовательно, температура откачиваемой воды и ее вязкость
будут меняться в соответствии с колебаниями температуры и вязкости
речных вод. Установлено, что колебания температуры воды и ее вязкости
находят отражение в изменении коэффициентов фильтрации, причем
изменения эти могут составить около 20—25%.
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод на этих уча-
стках расчеты следует выполнять применительно к наименьшим зна-
чениям коэффициентов фильтрации, обычно характерных для зимней
межени.
Разведка подземных вод коренных отложений в долинах рек про-
водится по аналогичной методике, однако водоносный горизонт в
коренных породах при этом должен быть изучен с большей деталь-
ностью.
Буровые скважины должны вскрывать водоносный горизонт в ко-
ренных породах на полную мощность с углублением в подстилающие
слои. Если мощность коренного водоносного горизонта значительна
(100 м и более), вскрывать его на полную мощность следует не более
чем одной скважиной. В трещиноватых породах буровые работы сле-
дует сопровождать геофизическими исследованиями (каротаж, резисти-
виметрия). Причем основной целью их является установление мощно-
сти трещиноватой зоны, закономерностей развития трещиноватости по
глубине и в плане, наличие слабо проницаемого прослоя в кровле
коренных пород.
Опытно-фильтрационные работы должны дать материал для суж-
дения об удельных дебитах и коэффициентах фильтрации коренных
пород и аллювия, о взаимосвязи коренного и аллювиального водонос-
ных горизонтов и связи их с рекой. С этой целью все скважины опробу-
ются опытными откачками на один-два понижения, продолжительностью
5—8 суток. В процессе откачки (горизонты должны быть изолированы)
необходимо тщательно следить за изменением уровней как в опробуе-
мом горизонте, так и в смежном. Это позволит судить о степени
взаимосвязи водоносных горизонтов.
Если мощность водоносного горизонта более 20—30 м, необходимо
получить данные об изменчивости фильтрационных свойств его по вер-
тикали с помощью поинтервальных откачек из 2—3 скважин (длина
опробуемого интервала 5 м).
265
Метод исследования аллювиальных отложении изложен выше.
Детальная разведка. Материалы предварительной разведки
позволяют на основании сопоставления данных по нескольким участкам
выбрать наиболее благоприятную в гидрогеологическом и технико-эко-
номическом отношении площадку для детальной разведки водозабора.
Весь комплекс детальных исследований на выбранной площадке пла-
нируется применительно к схеме проектируемого водозабора. Опреде-
ляются наиболее рациональное размещение выработок, расстояние
между ними, глубина разведки, объем и методика исследований.
При заложении линейного ряда скважин у реки следует учитывать,
что их дебиты возрастают при приближении к реке. Однако заклады-
вать скважины очень близко от русла не рекомендуется, так как это
приводит к увеличению напорных градиентов, что может вызвать заса-
сывание илистых частиц в поры водопроводящих пород, заиление русла
и уменьшение фильтрации речных вод к водозабору. По-видимому,
минимальным допустимым расстоянием водозабора от реки следует
считать расстояние порядка 75—100 м. Водозаборные скважины целесо-
образнее располагать на подмываемых берегах, так как здесь во время
паводка может произойти смыв заиленного слоя грунта в речном
русле. Однако прп выборке участка на подмываемом берегу необхо-
димо предусмотреть берегоукрепительные мероприятия. При выборе
места заложения скважин следует также учитывать границы террито-
рии, затапливаемой при паводке. Предпочтительно, чтобы скважины не
попали в зону затопления. В широких’долинах с периодически действую-
щими водотоками и в погребенных долинах водозабор наиболее ра-
ционально закладывать в виде одного или нескольких поперечных
рядов.
Комплекс исследований на стадии детальной разведки включает
большей частью буровые и опытные работы.
Буровые скважины закладывают в виде поперечного или продоль-
ного ряда на расстоянии 200—300 м друг от друга; как правило, эти
скважины должны быть разведочно-эксплуатационными. Для оценки
влияния заиления русла на работу водозабора должно быть пробурено
несколько наблюдательных скважин вблизи речного русла.
Все пробуренные разведочно-эксплуатационные скважины опробу-
ются опытными одиночными откачками на два понижения для характе-
ристики зависимости дебита от понижения и определения коэффициента
фильтрации. Продолжительность откачки 5—8 суток. Опробованию
подлежат как аллювиальные, так и коренные породы. Из двух-трех
наиболее характерных скважин производятся кустовые откачки, позво-
ляющие оценить возможное взаимодействие скважин при эксплуатации.
При разведке подземных вод в коренных породах на участках
древних погребенных долин, не связанных с современными водотоками,
в меженный период из нескольких разведочно-эксплуатационных сква-
жин производится групповая откачка при максимально возможном
понижении уровня воды в них. Суммарный дебит групповой откачки
должен составлять около 40—50% от проектного дебита. В процессе
откачки по наблюдательным скважинам производятся замеры уровней
подземных вод для изучения процесса формирования депрессионной
воронки. Продолжительность групповой откачки обычно составляет
1,5 месяца и более. Откачка из трещиноватых закарстованных пород
должна захватывать частично паводковый период, что позволит судить
о величине восполнения запасов после их сработки.
Если на участке водозабора скважинами вскрыты минерализован-
ные воды в аллювии или в коренных отложениях, необходимо во время
групповой откачки тщательно регистрировать возможные изменения
минерализации откачиваемой воды и минерализации воды в наблю-
дательных скважинах.
266
При организации групповой откачки вод}7 следует отводить и
сбрасывать за пределы участка вниз по течению. Групповая откачка
из подземных вод в коренных породах может не производиться, если
имеется опыт эксплуатации этого горизонта в аналогичных условиях,
позволяющий судить о режиме изменения уровней под влиянием экс-
плуатации в меженный и паводковый период и оценить роль паводко-
вого питания.
Результаты детальной разведки служат основой для утверждения
запасов по высоким категориям.
ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ
ДЕЙСТВУЮЩИХ ВОДОЗАБОРОВ
Очень часто заявленная потребность в воде может быть удовлет-
ворена не за счет эксплуатации подземных вод на новых участках, но
посредством увеличения водоотбора на действующем водозаборе: 1) из
существующих скважин и 2) путем бурения новых скважин в пределах
участка.
Вывод о возможности расширения действующего водозабора может
быть сделан на базе изучения опыта его эксплуатации. Для этого не-
обходимо собрать следующие данные: уровни подземных вод и дебит
водозабора и изменение их в процессе эксплуатации, режим поверх-
ностного стока, качество отбираемой воды и изменение ее во времени,
размеры, форма и характер развития депрессионной воронки, режим
работы водозабора (круглосуточный или периодически действующий).
В первую очередь этот материал должен послужить основой для реше-
ния вопроса о возможности увеличения нагрузки на работающие сква-
жины. Если дальнейшее снижение уровня в действующих скважинах
невозможно, необходимо установить, в каком направлении целесооб-
разно расширять водозабор, и планировать работы на стадии деталь-
ной разведки.
Отметим также некоторые специфические вопросы, которые
должны быть решены при проведении гидрогеологических исследова-
ний в отдельных районах.
Эксплуатация подземных вод в маломощном аллювии рек предго-
рий может производиться лишь с малыми понижениями (водозабор
г. Черновцы) уровня. Дебиты вертикальных колодцев в этом случае
весьма ограничены. Наиболее целесообразны поэтому сооружение и
эксплуатация лучевых водозаборов.
В долинах рек, русло которых заилено (реки Предкарпатья), экс-
плуатация инфильтрационных водозаборов производится преимущест-
венно за счет вод аллювиального горизонта, почти без привлечения реч-
ного стока. В связи с этим фактические дебиты водозаборов значительно
меньше проектных, определенных по формуле Маскета, и не удовлетво-
ряют заданной потребности. Для повышения производительности водо-
забора целесообразно прибегнуть к искусственному восполнению
запасов подземных вод аллювиального горизонта.
Подпитывание водоносного горизонта может быть осуществлено
путем устройства: а) инфильтрационных бассейнов и б) канав и
траншей.
Эксплуатация бассейнов и канав осложняется периодическим заи-
лением этих сооружений, являющихся по существу отстойниками.
В связи с этим работа их по мере кольматации дна и бортов ухуд-
шается, и эти сооружения требуют чистки. Проточные канавы в этом
отношении более надежны в эксплуатации.
Примером магазинирования подземных вод может служить участок
водозабора в г. Ивано-Франковске. Первоначально фактическая произ-
водительность водозабора составляла 60% от проектной. Затем выше
267
створа водозаборных скважин была проложена инфильтрационная
траншея, получавшая воду из р. Быстрицы Надворнянской. Сразу после
ввода в строй траншеи уровни подземных вод повысились на 3—4 м, а
дебит водозабора превысил проектную мощность на 30—40%.
ПРИМЕР РАЗВЕДКИ
В качестве примера разведки приведем гидрогеологические ис-
следования в долине р. Токрау, впадающей в оз. Балхаш. Изыскания
проводились для водоснабжения г. Балхаша, который в настоящее вре-
мя получает воду для хозяйственно-питьевого водоснабжения из озера.
Вода озера по качеству (на питьевые воды) не отвечает ГОСТу и не
может использоваться для постоянного водоснабжения.
Участок изысканий приурочен к полупустынному району, характе-
ризующемуся резко континентальным климатом, малым количеством
атмосферных осадков и речной сетью, не имеющей постоянного стока.
Регулирование рек и создание водохранилищ для целей водоснабжения
в подобных случаях неэффективно, так как: а) речные долины, как
правило, имеют значительную ширину (до 5—15 км); б) испарение
с водного зеркала в условиях высоких температур воздуха в теплый
период ведет к большим потерям воды из водохранилища. Коренные
породы в этом районе характеризуются крайне низкими фильтрацион-
ными свойствами. Возможным источником водоснабжения являются
подземные воды, приуроченные к аллювиальным отложениям речных
долин. Ширина долины р. Токрау на участке изысканий достигает 15 -
16 км. Долина врезана в слабо проницаемые отложения палеозоя, пред-
ставленные эффузивными, интрузивными и частично осадочными по-
родами. В южной половине участка дно долины сложено песчано-
глинистыми породами третичного возраста, обладающими низкими
фильтрационными свойствами. Аллювиальные отложения, выстилающие
долину, имеют мощность до 30 м.
Наблюдается уменьшение мощности водоносного горизонта от осе-
вой части долины (10—30 м) в направлении к коренным склонам, где
она не превышает 5 м. Необходимо отметить, что изменение минерали-
зации подчинено той же закономерности: сухой остаток возрастает по
мере продвижения от центральных частей долины к краевым, где
минерализация достигает 5г/диболее. Фильтрационные свойства аллю-
вия меняются в очень широких пределах, величина коэффициента
фильтрации достигает 100—180 м/сутки, уменьшаясь в направлении к
склонам. Водоносный горизонт в аллювии получает питание в основном
за счет поглощения паводковых вод в течение 1—3 месяцев в году.
Инфильтрация их происходит непосредственно из речного русла и с
поверхности пойменной террасы, когда она заливается полыми водами.
В среднем потери поверхностного стока на участке реки протяжен-
ностью 25 км составляют 0,32 м3!сек. В маловодные годы сток в реке
прекращается, причем длительность маловодного периода составляет
9 лет. Ширина грунтового потока изменяется в пределах участка
предварительной разведки от 7—9 км в верхнем его отрезке до 0,5-
3 км у урочища Чолак.
В 1955 г. в долине р. Токрау было проведено рекогносцировочное
обследование, захватившее участок долины протяженностью около
100 км выше урочища Чолак. Эти исследования соответствовали поис-
ковой стадии.
В 1930—1931 гг. в пределах этой же территории Ленинградским
государственным гидрологическим институтом проводились исследова-
ния для решения вопроса об организации водоснабжения за счет под-
земных вод. Однако из-за недостаточного объема изысканий для
подсчета запасов и прогноза режима работы водозабора этот вариант
268
был забракован. Обобщение материалов рекогносцировочного обследо-
вания и данных изысканий 1930—1931 гг. позволило рекомендовать по-
становку предварительной разведки на подземные воды в аллювиальных
отложениях на участке долины протяженностью около 70 км, выше
урочища Чолак.
В 1955—1958 гг. в пределах выбранного участка последовательно
были проведены предварительная и детальная разведка. Причем де-
тальные исследования проводились применительно к схеме водозабора
па отрезке долины длиной около 25 км в северной части площади
предварительной разведки. В процессе предварительных исследований
выполнены следующие работы: гидрогеологическая съемка масштаба
1:50 000 на площади 1380 км2 с отбором проб воды из шурфов для
характеристики гидрохимической зональности и выявления участков
с развитием пресных вод.
Для выяснения геолого-гидрогеологического строения долины по
четырем поперечникам пробурены скважины с углублением в коренные
породы на 3—5 м. Расстояние между поперечниками около 10—15 км.
Для характеристики аллювия между створами в тальвеге долины про-
бурены скважины. Общее количество скважин на участке предваритель-
ной разведки составляет около 450. В процессе бурения скважин
производился отбор проб воды для получения данных об изменении
минерализации с глубиной. Скважины на аллювиальный водоносный
горизонт опробованы одиночными и кустовыми откачками на 2—3 пони-
жения уровня. Продолжительность одиночных откачек 6—15 суток,
кустовых 10—46 суток.
Водоносный горизонт в коренных отложениях опробован кратко-
временными (1—4-суточными одиночными) и пробными откачками.
Одним из основных вопросов, которые должны быть решены при
разведке подземных вод в аридной зоне, является вопрос о воспол-
нении запасов подземных вод. Поэтому особое внимание уделялось
изучению режима поверхностного стока (расходы меженные и паводко-
вые, потери поверхностного стока, минерализация) и климатических
факторов. С этой целью была организована метеостанция, наблюдения
на которой производились в течение 2 лет и 7 месяцев.
Детальные исследования были приурочены к 25-километровому
отрезку долины на севере участка предварительной разведки, характе-
ризующемуся наибольшей шириной потока пресных вод и лучшими
условиями питания аллювиального горизонта. На участке водозабора
было пробурено 120 скважин, размещенных на семи поперечниках
через долину. Длина поперечников 10—16 км, расстояние между ними
2,5—6 км. Расстояние между скважинами на поперечниках 500—1000 м,
глубина разведочных скважин 15—30 м, наблюдательных 6—10 м
(общий метраж бурения на стадии предварительной и детальной раз-
ведки составляет 6100 м).
Для получения данных о зависимости дебита от понижения, о дина-
мике развития депрессионной воронки и возможности удовлетворения
заявленной потребности при отсутствии восполнения запасов подземных
вод в течение меженного периода был выполнен большой объем
опытно-фильтрационных работ: 59 одиночных, кустовых и опытно-экс-
плуатационных откачек общей продолжительностью 1154 суток.
Опытные откачки проводились с двумя-тремя понижениями уров-
ня продолжительностью 6—15 суток, длительность кустовых откачек
10—46 суток и опытно-эксплуатационных — 81 сутки.
Были проведены опыты с флюоресцеином для определения дейст-
вительной скорости потока, однако они не дали достоверных результа-
тов. Работы на участке детальной разведки были выполнены примени-
тельно к конкретной схеме водозабора, состоящего из четырех линейных
рядов скважин: один поперечный и три продольных ряда. Такое распо-
269
ложение водозаборных скважин обеспечивает перехват грунтового
потока и сработку естественных запасов подземных вод в меженный
период на всей ширине долины.
Оценка эксплуатационных запасов подземных вод выполнена для
пласта — полосы по методике Бочевера (1959), с определением дебита
поперечного ряда по формулам (XIX, 12) и (XIX, 13), которые путем
несложных преобразований могут быть приведены к формуле (XIX, 8):
Ад»=|/v-4/4 *	(Х1Х>12)
йскв = ]/л2Лр-^1п^" ,	(XIX, 13)
где 1гс—мощность водоносного горизонта;
q — приток в дрену на 1 пог. м длины;
□ — половина расстояния между скважинами ряда;
ЛДр — высота столба воды в дрене;
йС1(В— высота столба воды в скважине.
Суммарный дебит поперечного ряда из 10 скважин (длина ряда
8 км) отнесен к кат. А.
Дебит продольных рядов, с учетом их взаимодействия, определен
по формуле
^p=|/v-2-t-(4+0-33)’	<Х1Х-14>
где L — расстояние до непроницаемого контура.
Суммарный дебит продольного ряда из 15 скважин (длина ряда
15 км) отнесен к кат. В из-за отсутствия опыта эксплуатации подзем-
ных вод в таких условиях.
Учитывая наличие минерализованных вод в бортах долины, выпол-
нен расчет стягивания контура минерализации по формуле Бабушкина.
Дебит двух продольных проектных рядов скважин, симметричных
первому продольному ряду, отнесен к кат. Сь
Кроме того, для участка детальной разведки выполнен расчет вос-
полнения запасов за счет паводкового стока по методике Н. Н. Вери-
гина:
Кл 3= JWzWZ .в,	(XIX, 15)
у -ка
где h\—превышение паводкового уреза над подошвой водоносного
горизонта;
hi — мощность водоносного горизонта;
t — продолжительность паводкового периода;
В — длина участка инфильтрации.
Разность между запасами, определенная по гидрологическим дан-
ным, и суммарным расходом всех четырех рядов отнесена к кат. С2.
В целом стадийность и методика исследований и оценка эксплуата-
ционных запасов подземных вод в долине р. Токрау выполнены
целенаправленно. Замечания касаются лишь методики проведения груп-
повой опытно-эксплуатационной откачки, в процессе которой происхо-
дило постепенное выключение скважин, вследствие чего групповая
откачка перешла в парную, а затем в одиночную.
Глава XX
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ МОРСКИХ ПОБЕРЕЖИЙ
КРАТКИЕ сведения
о гидрогеологических условиях
ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД МОРСКИХ ПОБЕРЕЖИЙ
Можно выделить несколько гидрогеологических типов разви-
тия пресных подземных вод на морских побережьях.
Один из них характеризуется тем, что пресные воды приурочены к
песчаным образованиям типа дюнных песков. В таких условиях пресные
воды образуют или сплошной поток грунтовых вод, дренируемых морем,
пли же прибрежные линзы пресных вод. Питание пресных вод связано
в основном с инфильтрацией атмосферных осадков на площади разви-
тия песчаных отложений. В зависимости от конкретных гидрогеологиче-
ских условий возможен также подток пресных вод со стороны берего-
вого склона и конденсация паров воздуха.
В областях, где питание подземных вод ограниченно, обычно
формируются отдельные линзы пресных вод, размеры которых зависят
от условий их питания и площади развития проницаемых отложенпй.
Разгрузка пресных вод этих линз в море происходит лишь при
достаточно близком расположении их от моря. Для линз пресных вод,
несколько удаленных от берега моря, дренирование их может проис-
ходить путем испарения подземных вод на участках близкого распо-
ложения зеркала воды от дневной поверхности.
Типичным примером, характеризующим этот тип линз пресных вод,
может служить довольно крупная линза на западном побережье Гол-
ландии. Линза располагается под дюнами. Длина ее около 10 км и
ширина в среднем 4 км. Эксплуатация этой довольно крупной линзы
пресных вод начата более 100 лет назад. Размеры линзы зависят от
ряда факторов: количества и распределения атмосферных осадков,
мощности песчаных отложений, количества и размеров глинистых
прослоев и т. д. При наличии в дюне глинистых прослоев или торфа
в ней образуется несколько горизонтов пресных вод.
Другой тип пресных подземных вод связан с формированием их
в коренных породах. Здесь существенное значение имеют условия
залегания коренных пород, особенности питания подземных вод в обла-
стях выхода коренных пород на дневую поверхность и на площади их
распространения, а также условия дренажа водоносных пород морем.
Рассмотрим отдельные примеры развития пресных вод в коренных
отложениях прибрежных районов.
В одном из районов Прибалтики для водоснабжения используется
пермо-девонский водоносный горизонт, залегающий на глубине 240—
260 м от поверхности земли. Породы здесь имеют слабый уклон (1—2е)
в сторону моря. Водоносными являются известняки казанского яруса
и доломитизированные известняки и доломиты верхнего девона. Общая
мощность водоносного горизонта порядка 50—55 м. Пермо-девонский
водоносный горизонт подстилается слабо трещиноватыми породами,
отделяющими его от сильно минерализованных вод, приуроченных к
породам франского яруса.
Верхним водоупором рассматриваемого водоносного горизонта слу-
жит сульфатно-соленосная толща девонских пород, представленных
271
глинами и ангидритами. Мощность этой толщи практически непрони-
цаемых пород составляет 125—164 м, а местами и более. Выше залегают
слабо водообильные песчано-глинистые меловые, юрские и триасовые
отложения.
Область питания пермо-девонского водоносного горизонта распо-
ложена в нескольких десятках километров от данного района, а его
разгрузка происходит в море.
Фильтрационные свойства водоносных пород не выдержаны как по
вертикали, так и в плане. Наиболее водопроницаемыми являются тре-
щиноватые и кавернозные породы девонского возраста, мощность
которых составляет в среднем около 19 м.
В плане наибольшая проницаемость пород отмечена в районе рас-
положения водозаборов, где установлено пологое тектоническое подня-
тие, в сводовой части которого коэффициенты фильтрации пород дости-
гают 40 м/сутки, а на периферии — 9 м/сутки.
Эксплуатация водоносного горизонта начата 66 лет назад с посте-
пенным ростом водоотбора, причем в последние 30 лет отбор воды
вырос в 3 раза и достиг нескольких тысяч кубических метров в сутки.
Наибольшее снижение уровня воды в скважинах по отношению к пьезо-
метрическому уровню воды до начала эксплуатации составляет около
30—32 м, причем снижение уровня воды продолжается.
Минерализация воды пермо-девонского горизонта изменяется
параллельно берегу моря от 0,5 до 1—2,5 г/л.
В другом районе Прибалтики эксплуатируется гдовский водонос-
ный горизонт, представленный песчаниками нижнего кембрия. Мощ-
ность водоносных пород составляет 50—70 м. Гдовские слои под
небольшим углом падают в сторону моря. Сверху и снизу этот водонос-
ный горизонт изолирован довольно надежными водоупорами — ламина-
ритовыми и синими глинами нижнего кембрия. Глубина залегания
кровли описываемого водоносного горизонта 90—100 я.
Водообильность горизонта характеризуется производительностью
скважин от 40 до 100 м?/сутки.
Качество вод гдовского водоносного горизонта хорошее. Общая
минерализация 0,3—0,5 г/л.
Продвижение морских вод в глубь территории происходит не только
в условиях нарушенного гидродинамического режима (при эксплуата-
ции подземных вод), но и в естественных условиях. Вторжение соленых
вод в естественных условиях может быть обусловлено тектоническими
процессами (опускание морского побережья, проседание земной по-
верхности), приливными явлениями и нагонными ветрами.
Проникновению соленых вод в глубь материка способствует из-
резанность береговой‘линии. Особенно интенсивно происходит внедрение
морских вод в условиях изменения естественной гидродинамической
обстановки вследствие эксплуатации подземных вод в районах морских
побережий. Значительное увеличение отбора пресных подземных вод,
как правило, является главной причиной внедрения морских вод. Нару-
шение естественных гидродинамических условий и обусловленное этим
вторжение морских вод может происходить также вследствие разра-
ботки месторождений полезных ископаемых, проведения различного
рода земляных и вскрышных работ и т. д.
Скорость продвижения морских вод в глубь территории в условиях
эксплуатации подземных вод колеблется в широких пределах и состав-
ляет приблизительно 20—300 м в год.
Скорость перемещения контура соленых вод значительно возрас-
тает в засушливые, маловодные периоды. Внедрение морских вод в
осадочные отложения происходит по всей береговой линии, с образова-
нием «языков» на участках развития высоко проницаемых пород.
272
Особенно хорошими проводниками соленых вод являются реки и
каналы, по которым морская вода заходит в глубь суши и затем
инфильтруется в отложения.
ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ СХЕМ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПО ОЦЕНКЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД МОРСКИХ ПОБЕРЕЖИЙ
Выбор расчетной схемы
Гидрогеологические условия пресных подземных вод морских по-
бережий большей частью можно свести к двум расчетным схемам:
1) полуограниченный поток с линейной границей постоянного напора
(береговая линия), причем последняя является контуром разгрузки
(дренажа) потока подземных вод; 2) неограниченный поток подземных
вод.
Первая схема имеет место, когда водозабор расположен в срав-
нительной близости от береговой линии. Следует отметить некоторую
условность отождествления береговой линии с контуром разгрузки, так
как во многих случаях водоносный пласт выходит в море не в непо-
средственной близости от берега, а далеко от него.
Вторая схема реализуется, если водозабор находится на зна-
чительном удалении от моря.
В случае, когда естественный расход подземных вод мал, обе
схемы соответственно приближаются к полуограниченному бассейну
с контуром постоянного напора и неограниченному бассейну. Весьма
существенным является установление характера взаимосвязи пресных
подземных вод с морскими водами.
Условия разгрузки пресных подземных вод в море отличаются рядом
специфических особенностей, причем важно иметь в виду, что условия
выхода подземных вод в море (бурение скважин обычно ограничи-
вается берегом моря) обычно бывают освещены лишь в общем виде.
В случае грунтовых вод связь пресных вод с морем бывает или прямой
или в какой-то мере затрудненной за счет наличия пропластков слабо
проницаемых пород в разрезе водоносного горизонта. Более сложным
бывает характер связи артезианских вод с морем. Здесь можно вы-
делить три основные, наиболее вероятные, схемы связи подземных вод
с морем.
1.	Напорный водоносный пласт срезается морем в некотором
удалении от берега и в этом месте осуществляется основной выход прес-
ных вод в море. Покрывающие и подстилающие породы могут рас-
сматриваться как водонепроницаемые.
2.	Породы, слагающие водоносный горизонт, не имеют выхода
в море, и дренаж пресных вод осуществляется путем фильтрации их
через относительно слабо проницаемые породы, залегающие в кровле
водоносного пласта. Следует заметить, что в условиях, когда мощность
покрывающих пород невелика или же когда мощность их на отдельных
участках берега существенно уменьшается, выход пресных вод осу-
ществляется в виде родников, расположенных над или же под уровнем
моря. Выходы родников могут быть также обусловлены наличием
локальных трещиноватых зон в покрывающих породах. В отмеченных
случаях первая и вторая гидрогеологические схемы в некоторой мере
сближаются между собой.
3.	Разгрузка пресных вод в море осуществляется как в зоне выхода
водоносных пород в море, так и через относительно слабо прони-
цаемые породы, залегающие в его кровле. В зависимости от
соотношения расходов пресных вод через вышележащие породы и в
области выхода их в дно моря эти условия могут быть с тем или иным
приближением отнесены к первой или второй схеме. Очевидно, что
18 Зак. €27	273
выделение охарактеризованных гидрогеологических схем в ряде слу-
чаев будет условным, а сами схемы за недостатком данных будут иметь
гипотетический характер.
Наконец, немаловажное значение имеет характер наклона водонос-
ного пласта: пласт может быть горизонтальным, с уклоном в сторону
моря и с обратным уклоном.
Основные положения оценки эксплуатационных запасов
подземных вод морских побережий
При оценке эксплуатационных запасов подземных вод на морских
побережьях требуется подобрать производительность водозаборов
таким образом, чтобы исключить подсасывание соленых вод со сто-
роны моря. В связи с этим особое значение приобретают вопросы
прогноза перемещения границы пресных и соленых вод во времени
в зависимости от производительности водозаборов и естественного рас-
хода пресных вод, разгружающихся в море.
В сложных гидрохимических условиях на отдельных участках во-
дозаборов может допускаться временное подсасывание соленых вод
скважинами до определенных пределов, не превышающих допустимую
норму качества питьевых вод. Для этих условий важно дать прогноз
изменения минерализации отбираемых вод.
Для рассмотрения вопроса о перемещении границы пресных и со-
леных вод в процессе эксплуатации будущего водозабора необходимо
располагать следующими данными:
1) знать особенности разгрузки пресных вод и, в частности, условия
выхода в море пород, содержащих пресные воды; 2) иметь карту гид-
роизогипс в районе водозабора, т. е. данные о градиентах свободной
или пьезометрической поверхности пресноводного водоносного гори-
зонта; 3) иметь данные о фильтрационных свойствах рассматриваемого
водоносного горизонта пресных вод, а также сведения о характере
взаимосвязи его со смежными водоносными горизонтами; 4) рас-
полагать сведениями о местоположении выхода водоносных пород на
дневную поверхность и особенностях питания подземных вод пресными
водами в районе намечаемого водозабора.
Ниже приведем некоторые зависимости, которые могут иметь
значение при разведке и оценке запасов пресных вод на морских
побережьях.
При разгрузке пресных грунтовых вод в море образуется клин
соленых вод, длина которого может быть определена по следующей
приближенной формуле:
Lc = ~Sc~Sn k — ,	(XX, 1)
Z оп q
где Lc — длина клина соленых вод;
h — средняя мощность пресных вод в прибрежной зоне,
q — расход потока пресных вод на единицу его длины,
Sn и Sc — плотность соответственно соленых и пресных вод.
Эта формула основана на принципе Гибена — Херцберга и полу-
чена при допущении, что соленые воды неподвижны.
Прогноз положения границы пресных и соленых вод в условиях
эксплуатации водозабора для первой типовой схемы разгрузки прес-
ных вод, т. е. когда напорный водоносный горизонт срезается дном
моря в некотором удалении от берега или же разгрузка осуществляется
непосредственно в прибрежной зоне, может быть выполнен в зависи-
мости от типа водозабора с помощью следующих формул.
1.	Концентрированный водозабор (система скважин может быть
заменена большим колодцем). Условие, при котором подсасывание
соленых вод исключено, определяется следующим соотношением:
274
ia < io«	(XX, 2)
где io — естественный уклон пьезометрической поверхности потока;
ia= ~^а —градиент напоров, развиваемый под влиянием работ водо-
забора в области выхода подземных вод;
Q — суммарный дебит водозабора;
а — расстояние водозабора от выхода водоносного пласта в
море;
т— мощность водоносного пласта;
k — коэффициент фильтрации водоносных пород.
Отсюда следует, что для исключения подсасывания водозабором
соленых вод суммарный дебит водозабора должен удовлетворять усло-
вию:
Q < nkmai0.	(XX, 3)
Если расход водозабора является большим и удовлетворяет
условию
Q > -ктсщ,	(XX, 4)
то произойдет подсасывание морских вод, и время Т, за которое соленая
вода подтянется к водозабору, приближенно найдется из следующей
формулы:
|п^-А,»~4 (XX, 5)
(XX, 6)
водозабор
сравнению
длина его
где п0 — активная пористость водоносных пород.
Если >0,03, то время начала подсасывания соленых вод может
быть вычислено по формуле
т _ 2-и(1т«
7 3Q ’
2.	Линейный водозабор. При условии, когда линейный
имеет достаточно большую длину (в 2—3 раза больше по
с расстоянием его от области выхода пресных вод), то
в расчетах модсет приниматься бесконечно большой. При этих условиях
подсасывание соленых вод со стороны моря исключается при условии,
когда:
q < kmcpi0,	(XX, 7)
где q— расход водозабора, отнесенный на единицу его длины;
тср — средняя мощность пресноводного слоя на участке расположе-
ния водозабора.
Если условие (XX, 7) не соблюдается, т. е.
q>kmcpi0,	(XX, 8)
то фронт соленых вод начнет перемещаться к водозабору и подойдет
к нему через время t, равное
Для второй схемы фильтрации, т. е. когда разгрузка пресных вод
осуществляется в основном через покрывающие, относительно слабо
проницаемые породы, установлены следующие особенности. Длина зоны
разгрузки пресных вод через слабо проницаемые породы выражается
формулой
d= ’ in ——	(XX, 10)
18*
275
где Но — напор в зоне выклинивания пресных вод;
Нп — напор пресных вод у берега моря;
q0—расход потока пресных вод на единицу его длины;
р — коэффициент перетекания;
— мощность слоя пресных вод с коэффициентом фильтрации ki;
т2 — мощность слоя относительно малопроницаемых пород с коэф-
фициентом фильтрации k2.
В результате работы водозабора с производительностью на еди-
ницу его длины qb остаточный расход пресных вод (q0—qb) умень-
шается, что ведет к уменьшению длины зоны выклинивания пресных
вод в море d'. Размер новой длины зоны выклинивания пресных вод
(<Г) может быть определен, если в формулы (XX, 3 — XX, 10) под-
ставить вместо qo величину qo—qb- Если qb>q<h то фронт соленых вод
начнет продвигаться к водозабору.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Рассмотрим здесь в основном специфические особенности, связан-
ные с поисками и разведкой пресных вод на морских побережьях.
Приведенные выше сведения о гидрогеологических условиях
формирования пресных вод на морских побережьях дают основание
считать, что кроме изучения условий залегания пород и фильтрацион-
ных свойств пород важнейшие вопросы, требующие изучения, сводятся
к оценке питания и дренажа пресных вод.
Основные гидрогеологические особенности, при постановке раз-
ведочных п опытных работ для оценки эксплуатационных запасов прес-
ных подземных вод на морских побережьях сводятся к следующему:
1) условия и размеры питания интересующего водоносного гори-
зонта, к которому приурочены пресные воды;
2) разгрузка подземных вод в море.
Изучение питания пресных вод осуществляется обычными мето-
дами, но в прибрежных районах этому вопросу должно уделяться
особое внимание.
Оценка условий дренажа пресных вод в море может осуществляться
большей частью косвенными методами, основываясь в значительной
мере на работах, проведенных на берегу моря. Бурение в море может
осуществляться лишь в редких случаях.
Если в районе не производилась гидрогеологическая съемка соответ-
ствующих масштабов, то при обосновании крупного водоснабжения за
счет подземных вод прибрежных областей поисковые работы должны
сопровождаться гидрогеологической съемкой, масштаб которой опреде-
ляется в зависимости от сложности района работ и его размеров.
В обычных условиях можно ограничиться масштабом съемки порядка
1 :200 000—1 : 100 000 с детализацией съемки в области питания водо-
носного горизонта и в пребрежной зоне. На этих участках съемочные
работы должны приближаться к масштабу 1 :50 000.
На стадии поисков из всех пробуренных гидрогеологических
скважин проводятся непродолжительные одиночные откачки с целью
предварительной оценки фильтрационных свойств пород и расхода по-
тока пресных вод. Часть скважин, пробуренных в процессе съемки,
должна быть оставлена для организации наблюдений за режимом под-
земных вод горизонтов, намечаемых для разведки. При этом часть
режимных скважин должна располагаться на створе, перпендикуляр-
ном берегу. Отдельные скважины должны быть оборудованы для
наблюдения за режимом соленых вод.
В период предварительной разведки следует организо-
вать комплексные наблюдения за питанием пресных подземных вод
в районах выхода интересующих водоносных горизонтов на дневную
276
поверхность, если область основного питания этих водоносных горизон-
тов не очень значительно (не более 15—20 км) удалена от берега моря.
Размеры площади предварительной разведки определяются потреб-
ностью в воде.
На этой стадии скважины разбуриваются по нескольким попереч-
никам, равномерно охватывающим площадь предварительной разведки.
Расстояния между створами и расположение скважин на них опреде-
ляются в зависимости от степени однородности гидрогеологического
разреза.
Из скважин производятся пробные и опытные одиночные откачки;
при этом особое внимание следует уделять характеристике фильтра-
ционных свойств и пористости водоносного горизонта в прибрежной
полосе с целью предварительной оценки возможности вторжения мор-
ских вод в пресноводные горизонты в процессе будущей эксплуатации
водозаборов, так как эти вопросы в известной мере определяют выбор
местоположения участков детальной разведки.
Помимо постановки работ по изучению питания и разгрузки прес-
ных вод на стадии предварительной разведки проводятся работы
с целью выбора участков расположения будущих водозаборов. Участки
водозаборов нежелательно располагать в непосредственной близости
от берега моря ввиду опасности подсасывания соленых вод. В осталь-
ном принципы выбора участков для расположения водозаборов
являются обычными.
При детальных разведочных работах наряду с уточне-
нием гидрогеологической обстановки на избранных участках существен-
ный удельный вес составляют опытно-фильтрационные исследования.
До постановки детальных гидрогеологических работ необходимо
на основе имеющихся данных в первом приближении рассчитать буду-
щий водозабор в соответствии с приводимыми здесь рекомендациями.
Расстояние между опытными гидрогеологическими скважинами на уча-
стках детальной разведки принимается примерно в два раза большим по
сравнению с расстоянием между скважинами будущего водозабора.
На стадии детальной разведки в состав опытно-фильтрационных
работ входят: 1) одиночные откачки, 2) кустовые откачки и 3) отдель-
ные групповые откачки. Групповые откачки имеют особое значение для
напорных водоносных горизонтов, приуроченных к трещиноватым
породам.
В данных условиях наряду с изучением фильтрационных свойств
пород (коэффициенты фильтрации, проводимость, пьезопроводность)
требуется определить и активную пористость. Последняя необходима для
обоснованных прогнозов перемещения границы пресных и соленых вод
в процессе работы водозаборов. Величина.активной пористости может
быть определена при надлежащей организации наблюдений за переме-
щением индикаторов при кустовых и групповых откачках.
В период детальной разведки необходимо (при отсутствии соответ-
ствующих данных) провести работы для определения рельефа мор-
ского дна с таким расчетом, чтобы определить условия выхода пресных
вод на дно моря.
Важно также организовать работы (с помощью резистивиметров)
по картированию и изучению изменения минерализации воды у мор-
ского дна для того, чтобы выявить участки выхода пресных вод над
дном моря. Для осуществления этих работ должны привлекаться гео-
физические методы.
На стадии поисковых работ оценка эксплуатационных запасов
может производиться по категориям Ci и С2.
В результате детальной разведки оцениваются запасы категорий
А и В. Запасы категорий Ci и С2 на этой стадии разведочных работ
уточняются.
277
Г лава XXI
ЛИНЗЫ ПРЕСНЫХ ВОД
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ЛИНЗ
ПРЕСНЫХ ВОД
Под линзами пресных вод (минерализация менее 1 г/л) обыч-
но понимают локальные участки пресных подземных вод, заключенных
среди минерализованных вод. К ним могут быть условно отнесены также
«языки» и потоки пресных подземных вод, вторгающиеся в подземные
•соленые воды. В природе встречаются различные типы линз пресных вод.
Разнообразие типов линз обусловлено особенностями их питания и гео-
лого-гидрогеологическими условиями района.
Пополнение запасов пресных вод линзы может осуществляться од-
новременно за счет нескольких источников питания. Среди последних
в большинстве случаев оказывается возможным выделить основной ис-
точник питания. По характеру преобладающего питания линзы пресных
вод можно подразделить на следующие типы:
1)	линзы, формирующиеся за счет инфильтрации атмосферных осад-
ков (подтакырные и подлиманные линзы, линзы под логами, падинами
и т. д.);
2)	линзы, формирующиеся в результате фильтрации пресных вод
из поверхностных водотоков и водоемов (подрусловые, приканальные
и приречные линзы, линзы вблизи водохранилищ и озер и др.);
3)	линзы, формирующиеся в районе предгорных равнин за счет под-
земного стока пресных вод, внедряющихся в минерализованные грунто-
вые воды;
4)	линзы, формирующиеся в районе морских побережий в зоне кон-
такта пресных подземных вод с солеными морскими водами;
5)	линзы, формирующиеся на океанических и морских островах за
счет атмосферных осадков;
6)	линзы, формирующиеся за счет конденсации атмосферной влаги;
7)	линзы, созданные искусственно;
8)	линзы пресных вод реликтового происхождения (сюда помимо
линз реликтового происхождения условно относятся также линзы, источ-
ники питания которых установлены недостаточно полно; например, круп-
ные подпесчаные линзы типа Ясханской).
Линзы пресных вод, перечисленные в пунктах 1—7, можно выделить
в одну большую группу, характеризующуюся тем, что в их формирова-
нии основную роль играет современное питание. Линзы пресных вод,
выделенные в пункте 8, характеризуются тем, что современное питание
способствует лишь сохранению линзы.
Питание линз или носит периодический характер, или является бо-
лее или менее постоянным.
Линзы различаются также и по размерам. Наряду с мелкими лин-
зами, площадь которых составляет не более 1 км2, а мощность пресных
вод — 3—6 м, известны крупные линзы, мощность пресных вод в кото-
рых достигает 30—50 м, а площадь распространения более 100 юн2.
278
Большинство из перечисленные выше типов линз приурочено к юж-
ным районам европейской части СССР, Казахстану и Среднеазиатским
республикам, где линзы пресных вод являются важным, а подчас и един-
ственным источником питьевого водоснабжения.
Линзы относительно небольших размеров, как, например, подтакыр-
ные и подлиманные, имеют местное значение; их целесообразно эксплу-
атировать для нужд сельского хозяйства и в первую очередь для нужд
животноводства. На базе крупных линз (большие подпесчаные и под-
русловые линзы) могут сооружаться водозаборы для централизованного
водоснабжения районных центров и промышленных объектов.
Одними из наиболее распространенных являются подрусловые
линзы, широко развитые и используемые в Узбекистане и Восточной
Туркмении. Подрусловые линзы формируются там вдоль рек и каналов
за счет донной и береговой фильтрации пресных поверхностных вод
в соленые грунтовые воды. Образование линзы происходит при пересе-
чении каналом или рекой пород с относительно хорошими фильтрацион-
ными свойствами (пески). Если песчаные отложения имеют значитель-
ную протяженность по течению реки, то параллельно руслу или примы-
кая к нему, образуется полоса пресных подземных вод. Ширина полосы
пресных вод обычно составляет 0,5—2,0 км. Мощность пресных вод
в крупных линзах достигает 30—40 м, а в среднем равна 15—25 м.
Баланс пресных вод линзы складывается следующим образом. По-
ступление пресных вод в толще происходит за счет фильтрации из реки
(канала); расход пресных вод осуществляется вследствие испарения,
диффузии и механического смешения пресных вод с солеными. На опре-
деленном расстоянии от реки, где боковой приток пресных вод уравно-
вешивается испарением, диффузией и смешением, формируется граница
линзы. На формирование границы пресных и соленых вод в разрезе
в значительной мере сказывается также различие в удельных весах
пресной и соленой воды.
Вблизи поверхностных водотоков грунтовые воды залегают очень
близко от земной поверхности —на глубине 1—3 м. Поэтому основную
роль в расходовании пресных вод играет испарение. Питание подрусло-
вых линз является постоянным, хотя и несколько неравномерным, если
линза формируется под крупными каналами и реками, из которых ин-
фильтрация поверхностных вод происходит в течение всего года. Пита-
ние может быть периодическим, если линзы приурочены к небольшим
каналам и рекам, в которых расход в зимнее время резко сокращается
или вообще отсутствует.
Фильтрационные свойства пород в плане и разрезе в зоне пресных
вод обычно характеризуются повышенными показателями. В ряде слу-
чаев отмечается резкое ухудшение фильтрационных свойств в зоне со-
леных вод, т. е. в нижней части разреза.
Большой интерес для народного хозяйства в связи с возмож-
ностью организации централизованного водоснабжения представляют
крупные линзы пресных вод, приуроченные к песчаным образованиям,
обычно под дюнами (подпесчаные линзы), и разведанные за последнее
время в Туркмении (Ясханская, Балкуинская, Восточно-Зангузская
линзы и др.). Эти линзы содержат огромные статистические запасы
пресных вод. В вопросе о происхождении крупных подпесчаных линз
пока еще нет достаточной ясности, причем не исключено, что крупные
линзы являются реликтовыми образованиями («Линзы пресных вод
пустыни». Изд. АН СССР, 1963).
Наиболее изученной в настоящее время является Ясханская под-
песчаная линза пресных вод, эксплуатация которой уже начата. Эта
линза занимает почти всю центральную часть Приузбойских Караку-
мов (Шевченко, 1959). Площадь ее в пределах контура с минерализа-
цией вод до 1 г)л составляет порядка 2000 км2, а средняя минерализа-
279
ция воды внутри этого контура 0,3—0,5 г/л. Мощность пресных вод в
центральной части линзы исчисляется десятками метров. Наибольшая
вскрытая мощность пресных вод равна 70—80 м.
Весьма распространены также подтакырные линзы, особенно широ-
ко развитые в Туркмении. Формирование их обусловлено сосредоточен-
ной инфильтрацией атмосферных осадков, скапливающихся в пониже-
ниях такыра. Питание подтакырных линз носит периодический характер,
причем основное пополнение запасов этих линз происходит в весенний
период. Атмосферные осадки инфильтруются на сравнительно неболь-
шой площади, поэтому питание подтакырных линз можно считать кон-
центрированным.
По условиям питания к подтакырным линзам близки подлиманные
линзы, распространенные на Черных землях и используемые для нужд
животноводства. Для всех линз пресных вод характерно наличие пере-
ходной зоны от пресных вод к соленым, в пределах которой минерали-
зация постепенно изменяется от минерализации пресной воды до наи-
большей минерализации соленой воды.
В разрезе смена пресных вод солеными происходит на небольшом
интервале, исчисляемом метрами. В плане переходная зона может дос-
тигать нескольких сотен метров и даже километров (для крупных линз)
в результате гидродинамического смешения пресных и соленых вод.
Важно обратить внимание, что в условиях аридных зон, характери-
зующихся дефицитом пресных вод, использование слабо минерализован-
ных вод переходной зоны в смешении с пресными водами линзы должно
происходить таким образом, чтобы минерализация смеси не превышала
допустимую норму. Это может существенно увеличить эксплуатацион-
ные запасы подземных вод, пригодных для водоснабжения.
ВЫБОР РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПО ОЦЕНКЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ЛИНЗ
ПРЕСНЫХ ВОД
Выбор расчетной схемы для оценки
эксплуатационных запасов линз пресных вод
Основой оценки эксплуатационных запасов линз пресных вод яв-
ляются условия их формирования и метод эксплуатации. Как было по-
казано выше, линзы пресных вод характеризуются весьма разнообраз-
ными условиями питания. По этим признакам большинство линз может
быть разделено на две группы.
К первой группе относятся линзы, сформировавшиеся за счет сов-
ременного питания.
Вторая группа включает линзы, в образовании которых роль совре-
менного питания сравнительно невелика. Условно они могут быть наз-
ваны линзами реликтового типа.
В первой группе можно выделить две подгруппы, отличающиеся
между собой по условиям питания. Линзы первой подгруппы характе-
ризуются питанием с поверхности в основном за счет инфильтрации
атмосферных осадков, причем питание может осуществляться или на
всей площади линзы, или на некоторой ее части (линзы инфильтрацион-
ного питания).
Линзы пресных вод второй подгруппы характеризуются наличием
линейного контура питания.
Каждая из указанных подгрупп может быть разбита на два типа:
а)	линзы с периодическим питанием и
б)	линзы с постоянным питанием.
Следует иметь в виду, что типизация линз производится по харак-
теру преобладающего питания.
280
Линзы пресных вод, относящиеся к первой подгруппе, характеризу-
ются широким распространением и образуются не только в условиях
аридного климата, но и в районах с обильными осадками. В этой под-
группе наибольшим развитием пользуются линзы с периодическим пита-
нием, а именно: подтакырные, лиманные, подпесчаные, островные, дюн-
ные линзы и линзы, формирующиеся в орошаемых районах. Сюда же
могут быть отнесены и некоторые типы линз, формирующиеся в предгор-
ных областях за счет поверхностного стока.
Ко второму типу первой подгруппы могут быть отнесены, по-видимо-
му, линзы конденсационного питания.
Линзы пресных вод второй подгруппы формируются вдоль русел
рек и каналов (подрусловые линзы). Наибольшее развитие имеют лин-
зы пресных вод первого типа. т. е. линзы с периодическим питанием. Сю-
да относятся линзы, образующиеся вдоль небольших каналов и рек в
условиях резко изменяющегося расхода воды в их руслах, а в отдель-
ных случаях и полного прекращения питания.
Второй тип этой подгруппы включает линзы, формирующиеся вдоль
крупных каналов и рек со сравнительно небольшими изменениями расхо-
дов. К этому типу могут быть отнесены и линзы, питание которых про-
исходит в предгорных областях за счет подземного стока пресных вод,
внедряющихся в соленые воды, а также линзы, образующиеся вдоль
морских побережий.
Ко второй группе могут быть отнесены крупные линзы пресных вод,
'современное питание которых невелико по сравнению с естественными
запасами. Вообще говоря, такие линзы или находятся в состоянии отно-
сительного равновесия или же постепенно уменьшаются в размерах. Не-
равновесное состояние линз при их стягивании обусловлено тем, что рас-
ход пресных вод вследствие процессов испарения, гидродинамического
смешения и диффузии превышает питание линзы.
Эксплуатационные запасы линз пресных вод определяются их
естественными ресурсами и естественными запасами. Для линз пресных
вод первой группы основную роль играют естественные ресурсы: пита-
нием водозабора за счет естественных запасов в большинстве случаев
можно пренебречь.
Для линз пресных вод современное питание имеет основное значе-
ние, естественные запасы могут рассматриваться как резервные, частич-
ное использование которых возможно в периоды отсутствия питания.
Для линз пресных вод второй группы питание водозабора может
обеспечиваться в значительной мере за счет сработки естественных за-
пасов. Для крупных подпесчаных линз современное питание будет
иметь второстепенное значение, но и оно должно учитываться при оцен-
ке эксплуатационных запасов линз пресных вод.
В большинстве случаев гидрогеологические условия линз пресных
вод можно представить двумя основными расчетными схемами: 1) лин-
зы пресных вод в неограниченном пласте; 2) линзы пресных вод в полу-
ограниченном пласте с линейным контуром питания. Обе схемы могут
быть рассмотрены в условиях отсутствия и наличия плановой неодно-
родности водовмещающих пород.
Литологические разрезы водоносных толщ пород, вмещающих лин-
зы пресных вод, характеризуются значительным разнообразием, но
в большинстве случаев их можно свести к двум схемам — однослойный
и двухслойный пласт.
По условиям контактирования пресных вод с солеными в плане мо-
гут быть выделены: 1) пресные воды, оконтуренные солеными со всех
сторон, и 2) пресные воды, ограниченные солеными частично.
По условиям залегания линзы в разрезе могут выделяться: 1) лин-
за, залегающая полностью на соленых водах; 2) линза, залегающая
частично на соленых водах и частично на водоупоре, и 3) линза, зале-
281
гающая в основном на водоупоре. Следует отметить, что во многих слу-
чаях, когда пресные воды подстилаются солеными, последние бывают
приурочены к породам с худшими фильтрационными свойствами по
сравнению с породами в зоне пресных вод.
Система пресные —соленые воды, строго говоря, является неодно-
родной и характеризуется различными удельными весами и вязкостями.
Однако это различие физических параметров пресной и солевой воды
в большинстве случаев настолько незначительно, что в приближенных
расчетах им можно пренебречь и рассматривать пресные и соленые во-
ды как однородную жидкость.
Основные положения по оценке эксплуатационных
запасов линз пресных вод
Важнейшим фактором, определяющим эксплуатационные запасы
линз пресных вод, является обеспеченность водозаборов питанием прес-
ными водами на весь период эксплуатации.
Питание водозаборов, эксплуатирующих пресные воды линз, может
осуществляться как за счет возобновляемых, так и за счет естественных
запасов.
В разных условиях и в зависимости от размеров линз пресных вод,
а также величины и характера водоотбора роль естественных ресурсов
и естественных запасов в питании водозаборов будет различной. При
этом следует иметь в виду, что естественные ресурсы пресных вод линз
могут возрастать в процессе эксплуатации за счет уменьшения транспи-
рации и испарения с депрессионной поверхности грунтовых вод или же
за счет подпитывания со стороны водоемов и водотоков. Специфика линз
пресных вод заключается в том, что в процессе отбора пресной воды
возможно подсасывание соленых вод как снизу, так и со стороны боко-
вых границ линзы.
Поскольку вертикальные размеры линз во много раз меньше их го-
ризонтальных параметров, подтягивание соленых вод снизу происходит
значительно 'быстрее, чем со стороны боковых границ. Для предотвра-
щения вторжения соленых вод необходимы защитные мероприятия. Под-
тягивание соленых вод снизу можно исключить спаренной откачкой
(Бабушкин, Глазунов, Гольдберг, 1962; Бабушкин, Глазунов, Шевченко,
1958. 1960). Аналогичным образом осуществляется защита против под-
тягивания соленых вод сбоку.
Однако, если при подсасывании соленых вод (снизу или сбоку) ми-
нерализация отбираемой смешанной воды в течение всего срока эксплу-
атация водозабора не превысит допустимую норму, то отпадает необ-
ходимость в таких защитных мероприятиях. Таким образом, вопрос о
способе эксплуатации линзы с защитой от подсасывания соленых вод
или без защиты, а следовательно, и оценка эксплуатационных запасов
пресных вод должны решаться с учетом подтягивания соленых вод и
прогноза изменения качества отбираемой воды.
При оценке эксплуатационных запасов линз пресных вод опреде-
ленное значение имеет намечаемый режим работы водозаборов (посто-
янный отбор воды или периодический) и минерализация пресных и со-
леных вод, в особенности, как уже отмечалось, характер изменения ми-
нерализации воды в переходной зоне.
Для засушливых областей должны быть известны требования к
питьевой воде, так как здесь в ряде случаев приходится эксплуатировать
воду с несколько повышенной минерализацией. При наличии указанных
данных может быть осуществлен прогноз изменения минерализации от-
бираемых вод и решен вопрос о необходимости защиты водозаборов от
подсасывания соленых вод снизу или с боков линзы (Бабушкин, Глазу-
нов, Гольдберг, 1962). При прочих равных условиях эксплуатационные
запасы, подсчитанные из условия недопустимости подсасывания соле-
282
ных вод, могут быть отнесены к высоким категориям (А и В), а эксплу-
атационные запасы, подсчитанные с учетом подсасывания соленых вод,
но при условии, что минерализация смеси не превысит допустимую нор-
му,— к низким категориям (С). Эти положения являются общими для
всех типов линз.
Ниже кратко остановимся на некоторых особенностях оценки запа-
сов линз инфильтрационного питания и подрусловых линз.
Линзы инфильтрационного питания
Как уже отмечалось, линзы этого типа характеризуются в основном
периодическим питанием, осуществляющимся в течение непродолжи-
тельного времени (несколько недель и реже месяцев). Кроме того, в за-
сушливых областях во многих случаях питание этих линз в течение нес-
кольких лет подряд (2—3 года) может отсутствовать вообще или резко
уменьшаться. В связи с этим эксплуатационные запасы пресных вод
указанных линз для централизованного водоснабжения должны опре-
деляться исходя из условия, что в течение 2—3 засушливых лет питание
водозабора будет осуществляться за счет сработки естественных запа-
сов.
При охарактеризованных условиях невозможно ориентировать ис-
пользование мелких линз пресных вод инфильтрационного питания (пло-
щадью до 1 км2) для централизованного водоснабжения даже неболь-
ших населенных пунктов. Мелкие линзы могут служить лишь объектом
эксплуатации с периодическим отбором пресных вод. Для таких линз
среднегодовой отбор воды не должен превышать среднегодового питания
линзы. Эксплуатация небольших линз пресных вод может осуществлять-
ся путем последовательного ввода в работу отдельных водозаборов (ко-
лодцев, скважин) с временным прекращением их работы после того,
как минерализация откачиваемой воды вследствие подсоса соленых вод
достигает предельной нормы.
Линзы инфильтрационного питания средних размеров (площадь
линзы исчисляется несколькими квадратными километрами) могут пред-
ставить интерес для централизованного сельскохозяйственного водо-
снабжения и обеспечения водой небольших промышленных предприя-
тий с общей производительностью водозаборов до десятков литров в
секунду. Верхним пределом эксплуатационных запасов таких линз яв-
ляется средняя многолетняя величина питания линзы. Эксплуатацион-
ные запасы пресных вод линз определяются с учетом положения дина-
мического уровня воды в водозаборах и возможного изменения мине-
рализации отбираемой воды в засушливые годы. В засушливые годы
питание водозаборов будет осуществляться в основном за счет сформи-
ровавшихся на линзе естественных запасов пресных и солоноватых вод
к началу засушливого времени. В этот период целесообразно по согласо-
ванию с санитарными органами допустить к употреблению воду несколько
повышенно минерализации в сравнении с кондиционной, иначе эксплуа-
тационные запасы пресных вод окажутся крайне ограниченными.
Крупные линзы пресных вод, занимающие площади в десятки и сот-
ни квадратных километров, пригодны для централизованного водоснаб-
жения с расходом водозаборов в сотни метров в секунду. На таких лин-
зах отбор воды может существенно превышать возобновляемые запасы
пресных вод, т. е. питание водозаборов может базироваться не только на
возобновляемых ресурсах пресных вод, но и в значительной мере на ста-
тических запасах пресных и солоноватых вод. Методика оценки экс-
плуатационных запасов крупных линз пресных вод подробно изло-
жена в некоторых работах (Бабушкин, Глазунов, Гольдберг, 1962; Ба-
бушкин, Глазунов, Шевченко, 1958; «Линзы пресных вод пустыни» Изд.
АН СССР, 1963).
283
Линзы пресных вод вблизи каналов и рек (подрусловые линзы)
При оценке эксплуатационных запасов линз пресных вод следует
учитывать наличие двух основных схем связи грунтовых вод с каналами
или двух режимов фильтрации:
1) свободного режима фильтрации, когда дно канала настолько за-
илено, что потери на фильтрацию осуществляются путем дождевания из
канала. Такие условия возможны также и в случаях, когда канал проте-
кает в слое относительно слабо проницаемых пород, покрывающих хоро-
шо проницаемые водоносные породы, к которым приурочены грунтовые
воды, и
2) подпертого режима фильтрации, характеризующегося прямой
гидравлической связью грунтовых вод с каналом, в котором поддержи-
вается более или менее постоянный напор.
Для первой схемы фильтрации (свободный режим) при расчете про-
изводительности водозабора можно схематизировать канал в виде линии
с постоянным расходом. Величина этого расхода находится по материа-
лам гидрометрических определений на створах (потери на единицу дли-
ны канала представляют собой отношение разности расходов по ство-
рам к расстоянию между ними), скорректированных по данным наблю-
дений за режимом грунтовых вод в течение не менее года.
В условиях свободного режима фильтрации в однородном пласте
расчет водозабора может быть приближенно произведен путем нало-
жения на естественный поток, сформировавшийся под влиянием канала,
потока от намечаемого водозабора. Если отсчет понижения уровней вес-
ти относительно свободной поверхности потока, сформировавшейся под
действием канала, то рассчитывать производительность водозабора мож-
но как для неограниченного однородного водоносного пласта.
Важно учитывать в расчете, что каналы, в особенности разводящие,
работают в году 6—8 месяцев. Во время прекращения работы канала
питание водозабора будет осуществляться лишь за счет использования
статических запасов линзы. Очевидно, в это время начнется снижение
уровня воды в водозаборах и продвижение к ним границы пресных и со-
леных вод. Если известен режим питания грунтовых вод из канала, то
снижение уровня воды в водозаборе после прекращения работы канала
может быть определено по следующей формуле, действительной при ус-
ловии, что на большей части линзы пресные воды располагаются на во-
донепроницаемой подошве:
\у-^т_уa{T-t,)] 	. d Yl, (XXI, 1)
где SB — понижение уровня в водозаборе, работающем при отсутствии
воды в канале;
d —' расстояние от водозабора до канала;
Т — период времени между предыдущим и последующим пуском
воды в канал (приближение можно принимать 7 = 365 суток):
t— продолжительность работы канала в году;
q — потери воды из канала на единицу его длины;
k — коэффициент фильтрации водоносных пород;
hcv —средняя мощность водоносного горизонта за период прекраще-
ния работы канала;
К • h
а = ——-р— коэффициент уровнепроводности;
Ra — функция, определяемая по графику (рис. 43).
Для линейного ряда скважин большой длины, расположенного па-
раллельно каналу, величина $в рассчитывается по следующей формуле:
284

Q
k  hcpa
(XXI, 2)
где Q — дебит скважины ряда;
о — расстояние между скважинами в ряду;
г0 — радиус скважины.
Для второй схемы фильтрации (подпертый режим и условие пос-
тоянства напора на канале) методика расчета водозабора в настоя-
щее время достаточно разработана (Бочевер и Веригин, 1961), причем оп-
ределение величины водозабора производится в условиях установивше-
гося движения. Заметим лишь, что, когда дно канала заилено, но раз-
рыва потока не происходит и степень кольматации в процессе работы
водозабора существенно не
возрастает, то рассчитывать
водозабор можно обычными
методами. Но для учета влия-
ния па дебит водозабора со-
противления в зоне кольмата-
ции пород в расчет следует
ввести дополнительное филь-
трационное сопротивление по-
тока, которое, по предложению
В.М.Шестакова (1961 г.),учи-
Рис. 43. к расчету предельных минерализаций в не-
однородном пласте
тывается путем введения до-
полнительного расстояния во-
дозабора от канала или реки.
Величина этого дополнительного сопротивления должна быть опреде-
лена по данным специальных полевых гидрогеологических работ.
При близком расположении водозабора от канала возможно уве-
личение сопротивления ложа канала под влиянием его кольматации.
В настоящее время не имеется необходимой методики для прогноза
этого явления. Но так как влияние кольматации на производительность
водозабора может оказаться существенным, то приближенная оценка
его производится по данным длительных полевых опытов и наблюдений.
В заключение отметим следующее:
1. Эксплуатационные запасы подрусловых линз не должны превы-
шать величины питания в естественных условиях.
2. Вследствие испарения расход естественного потока (питания)
пресных вод на границе линзы меньше, чем вблизи канала. Поэтому в
качестве верхнего предела эксплуатационных запасов пресных вод под-
русловой линзы следует брать величину расхода пресных вод из канала
(реки) в средней части линзы.
3.	При расчете эксплуатационных запасов пресных вод необходимо
учитывать следующее:
1)	дебиты водозаборов не должны превышать величины фильтра-
ционного потока из канала, рассчитанного по средней части линзы;
2)	понижения в скважинах не могут быть больше допустимых;
3)	минерализация отбираемой воды (с учетом подсасывания соле-
ных вод) в течение всего срока эксплуатации водозабора не должна пре-
вышать установленную предельную норму.
Прогноз подтягивания соленых вод снизу
При определенных соотношениях мощностей и минерализаций прес-
ных и соленых вод эксплуатация пресных вод возможна без каких-либо
мероприятий по защите от подсасывания соленых вод снизу, если, на-
285
пример, максимальная величина минерализации смешения меньше допу-
стимой. Наибольшая возможная минерализация воды (Стах), забира-
емая скважиной или колодцем, равна (Бабушкин, Глазунов, Гольдберг,
1962):
1.	В однородном пласте:
,	(XXI, 3)
2.	В неоднородном пласте (см. рис. 43):
а)	граница соленых вод проходит в верхнем слое с коэффициентом
фильтрации ki:

(XXI, 4)
б)	граница соленых вод проходит в нижнем слое с коэффициентом
фильтрации kz.
стах = С, + (С, - Со) • 4^ >	(XXI, 5)
где С( и Со — минерализация соответственно соленых и пресных
вод, г]л\
Л; h0 и h\ — общая мощность водоносного пласта, мощность
пресных вод и мощность соленых вод, м;
h/ и hz'—мощность слоев с коэффициентами фильтрации
м!сутки-,
• h\ • ki-\-h>2 •	,	,
«=—-—-------------средневзвешенный коэффициент фильтрации водо-
носного пласта.
Если максимальная минерализация воды окажется больше допу-
стимой нормы, то необходим прогноз подтягивания соленых вод и изме-
нения минерализации воды во времени.
В случае, когда мощность соленых вод значительно больше мощ-
ности пресных вод, указанный прогноз производится по следующим фор-
мулам (Гольдберг, 19622):
1. Колодец, вскрывший дном слой пресных вод (рис. 44).
Время (Т) начала подсасывания соленых вод:
Т=^^_г^.	(XXI, 6)
Изменение минерализации отбираемой воды (С) во времени (/):
С=С1-(С1-С0)р<-^ .
(XXI, 7)
2.Подтягивание соленых вод к несовершенной скважине (рис. 45):
а) время (Т) начала подсасывания соленых вод:
Т=
2nn0(hll — 1)з .
(XXI, 8)
б) изменение минерализации (/) отбираемой воды во времени (Q):
286
С=С1-(С1-С0)[Т + (1-Т)у
(XXI, 9)
Формулы (XXI, 7) и (XXI, 9) действительны при t~^T.
Прогноз минерализации воды с учетом переходной зоны от пресных
вод к соленым подробно излагается в ранее опубликованной работе
(Гольдберг, 1962).
При эксплуатации небольших линз, когда минерализация отбирае-
мой воды быстро достигает допустимой нормы, необходим поочередный
пуск водозаборов, что позволит отключать засолившиеся колодцы на
время, необходимое для опускания «купола» соленых вод (см. рис. 44).
Время опускания «купола» приближенно оценивается по следующей фор-
муле, преобразованной в соответствии с решением Н. С. Пискунова:
леных вод снизу к колодцу и опуска-
ния «купола» соленых вод после пре-
кращения отбора из колодца
Й
Рис. 45. к прогнозу подтягивания соленых вод
снизу к несовершенной скважине
Gcp
a-k
(XXI, 10)
В формулах (XXI,3) — (XXI, 10) приняты обозначения:
t — время, сут. (по смыслу);
п0 — активная пористость;
Q — дебит скважины, колодца, м31сутки\
rk — радиус дна колодца, м;
I — длина фильтра, м',
Р — коэффициент, характеризующий несовершенство скважины и опре-
деляемый по табл. 28 в зависимости от величины / = -^- , где
h — общая мощность водоносного пласта.
Таблица 28
Z	0,05—0,1	0,1-0,2	0,2-0,4	0,4—0,6	0,6-0,8
Рср	2	1,7	1,4	1,3	1,1
k — коэффициент фильтрации, м!сутки\
а и е — безразмерные коэффициенты, зависящие соот-
ветственно от соотношения удельных весов и
вязкостей пресной и соленой воды, а следо-
вательно, от минерализации соленой и пресной
воды; приближенно значения а и е в зависи-
мости от минерализации (С) соленой воды
находятся из табл. 29.
287
Таблица 29
С, г/л а,е	До 10	10-20	20—30	30-40
а	0,005	0,01	0,02	0,03
е	0,05	0,1	0,2	0,3
Gcp — безразмерный коэффициент, который с достаточ-
ной для практических расчетов точностью
может быть принят равным 2,5;
z — конечное положение вершины «купола», м
(см. рис. 44).
Остальные обозначения разъяснены выше и показаны
на рисунках.
Прогноз подтягивания соленых вод сбоку для линз
инфильтрационного питания и крупных подпесчаных линз
Как уже отмечалось выше, указанные типы линз схематизируются
ограниченной площадью пресных вод в условиях неограниченного в пла-
не водоносного пласта соленых вод. Ниже приводятся формулы, позво-
Рис. 46. К прогнозу подтягивания соленых вод сбоку в линзах
инфильтрационного питания и в крупных подпесчаиых линзах:
а —к одиночному водозабору; б — к круговой батарее сква-
жин: в — к линейному ряду скважин
ляющие оценить время начала подсасывания соленых вод (Г) и измене-
ние минерализации воды во времени (i) для некоторых видов водоза-
бора в условиях однородного пласта.
1. Одиночный водозабор (рис. 46, а) или группа скважин, сконцен-
трированных на сравнительно небольшой площади (Бабушкин, Глазу-
нов, Гольдберг, 1962; Гольдберг, 1962i; Сборник ВСЕГИНГЕО, 1963,
№ 23);
а)	время начала подсасывания соленых вод:
Т =	.	(XXI, п)
б)	изменение минерализации воды во времени:
С = Со 4~ C1 ~ С|) arc cos .	(XXI, 12)
2.	Кольцевая батарея скважин (кругловая галерея) (рис. 46, б):
а) время начала подсасывания соленых вод:
Т=^-(х12-/?б2);	(XXI, 13)
288
б)	изменение минерализации воды во времени (всей батареи сква-
жин в целом):
С = Со + -С1 С° arc cos -------• (XXI, 14)
V ^Г0+х<?
Линейный ряд скважин (рис. 46, в):
а) время начала подсасывания соленых вод:
(XXI, 15>
б) изменение минерализации воды во времени:
C=C0 + -^5r^arctgy	. (XXI, 16)
Формулы (XXI, 12) и (XXI, 16) действительны при t~^T.
Методика прогноза изменения минерализации с учетом переходной
зоны приводится в специальной литературе (Бабушкин, Глазунов, Голь-
дберг, 1962; Гольдберг, 19621, 1963г).
Прогноз подтягивания соленых вод сбоку в подрусловых линзах
Подрусловые линзы схематизируются в виде полосы пресных под-
земных вод, с одной стороны примыкающих к линейному контуру пита-
ния (река, канал), а с противоположной стороны контактирующих с со-
леными водами. В разрезе пресные воды предполагаются залегающими
на водоупоре.
Подтягивание соленых вод произойдет лишь в том случае, если гра-
ница соленых вод попадает в область питания водозабора. Условиями,
при которых подсасывания соленых вод можно не опасаться, являются:
а) для одиночного (или площадного концентрированного) водоза-
бора
L>V‘‘: + -si-d< <хх1'17>
б) для линейного ряда скважин
(, 2-rf , r.kht , 2nd \
sfl~r + ~~O~ch~r I
-----------------— \ — d, (XXI, 18)
hilR	I	\	> j
~Q~	'
где L — расстояние от водозабора до границы соленых вод, м’,
d — расстояние от водозабора до реки (канала), м;
Q — дебит одиночного водозабора или отдельной скважины ряда,
мР/сутки-,
h — мощность водоносного горизонта, м\
I — расстояние между скважинами в ряду, я,
k — коэффициент фильтрации, м)сутки\
i — естественный уклон потока на границе линзы.
Если условия (XXI, 17) и (XXI, 18) не соблюдаются, то в процессе
эксплуатации пресных вод возможно подсасывание соленых вод и из-
менение минерализации отбираемой воды. Приближенный прогноз этих
явлений производится по следующим зависимостям (Гольдберг, 19631, 2)-
1. Подтягивание соленых вод к одиночному водозабору (рис. 47, а)
а) время начала подсасывания соленой воды (Т) равно:
2 + ^у -3-§- ;	(XXI, 19)
1 9 Зак. €27
289
б) максимальная возможная минерализация отбираемой воды:
Стах = С. - arctg’ (XXI’ 20>
, d Y *i2 — d1	л
где значение угла <p = arctg—2------ берется из второй четверти.
Изменение минерализации (С) воды во времени (/) рассчитывает-
ся по формуле
,	{. х, Г Ci — С	 I Xi . Cj — С \1] . .
Г = --£--< 1 — ТГ — я 'Г2 F--arc Sin Hr S1H « -7? тт- ИХ
v I	I — С©	\	Ci — Су /JJ
X cosec2 frc с'~С0 )'	(XXI, 21)
Рис. 47. К прогнозу подтягивания
соленых вод в подрусловых лин-
зах:
а — к одиночному водозабору; б —
к линейному ряду скважин
а
При пользовании формулой (XXI, 19) необходимо иметь в виду
следующее:
а)	с изменением С от Со до Стах угол, определяемый арксинусом,
берется из второй четверти:
— Xarcsm^sinK-^eT^^;
б)	при значении С = Стах:
arc sin sin -	>'
CiСо у 2.
в)	при изменении С от Стах до Со угол берется из первой четверти:
„ ,	• I .	Сг — С \ , л
0 < arc sin hrsln * -еттгег < — 
2. При работе линейного ряда скважин (рис. 47, б) время подтяги-
вания соленых вод определяется по формуле
Т
tiqM 1
~~Q	.
sh-7-
l l . 2nx, , 2nd \	,	,,	, 2nd
Ish —p- —sh —— I — (xt — a)-ch —j-
(XXI, 22)
где I — расстояние между скважинами в ряду.
Формулы для прогноза изменения минерализации отдельной сква-
жины ряда здесь не приводятся из-за их громоздкости. Приближенно
(с «запасом») изменение минерализации можно рассчитать по формуле
(XXI, 16) для ряда скважин в неограниченном бассейне подземных вод,
при этом входящее в выражение время начала подсасывания соленых
вод определяется по формуле (XXI, 22).
Следует подчеркнуть, что все выводы и формулы, относящиеся к
расчету времени подтягивания соленых вод и прогнозу изменения мине-
рализации в случае водозабора у реки, действительны лишь при усло-
вии, что расход водозабора полностью обеспечивается за счет питания
изреки (канала).
290
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ЛИНЗ ПРЕСНЫХ ВОД
Задачи и направления гидрогеологических исследований линз
пресных вод
Комплекс геологических исследований, осуществляемых при развед-
ке подземных вод вообще, сохраняется и при изучении линз пресных вод.
Однако особенности формирования линз, гидрогеологические условия их
залегания, распространение, особенности, связанные с эксплуатацией
пресных вод линз, обусловливают некоторую специфику поисков пресных
вод и гидрогеологических исследований при детальной разведке и в про-
цессе эксплуатации.
Как уже отмечалось, основным условием формирования линз прес-
ных вод инфильтрационного типа является наличие периодического со-
средоточенного питания. Это условие формирования линз одновременно
является их поисковым признаком.
Сосредоточенное питание в виде инфильтрации атмосферных осад-
ков может возникнуть за счет понижений в рельефе и наличия с повер-
хности хорошо проницаемых «окон», причем последние иногда бывают
связаны и с положительными формами рельефа (барханные пески). Сле-
дует отметить, что само по себе понижение в рельефе не всегда является
достаточным условием для возникновения интенсивной инфильтрации.
Нередко под понижениями, иногда довольно значительными, пресных вод
не обнаруживалось. Это связано с тем, что дно таких понижений (лима-
ны и падины) бывает выполнено глинистыми отложениями. Однако
в большинстве случаев пресные воды приурочены к пониженным участ-
кам рельефа.
Поэтому при поисках линз пресных вод инфильтрационного питания
очень важно изучение геоморфологических условий территории и боль-
шое значение имеет детальная топографическая съемка масштаба
1 : 1000—1 :5000. По возможности собраны сведения о колодцах и есте-
ственных источниках с пресной ведой, а также данные о длительности
работы имеющихся колодцев и режиме их эксплуатации. Весьма полез-
ным может оказаться сопоставление площадей, на которых имеются ко-
лодцы с пресной водой, с перспективными участками, выделенными на
основании анализа геолого-гидрогеологических условий района.
Важное значение при поисках небольших линз имеют геоботаничес-
кая съемка и геофизические работы, в частности электроразведка. По
данным геофизических исследований могут быть приближенно выделены
площади развития пресных вод и намечены участки для более деталь-
ных работ.
Оконтуривание линз целесообразно начинать на участках, по кото-
рым имеются сведения о наличии пресной воды (колодцы, источники).
Это позволяет уточнить методику поисковых работ, в особенности гео-
физических исследований.
При поисках и разведке подрусловых линз пресных вод следует
помнить, что линзы формируются при пересечении рекой или каналом
пород с относительно хорошими фильтрационными свойствами. Поэтому
при поисках пресных вод, приуроченных к поверхностным водотокам,
так же как и линз инфильтрационного питания, важное значение имеет
гидрогеологическая съемка масштаба 1:100 000—1:50000, позволяю-
щая выявить геологические и гидрогеологические условия исследуемого
района, литологию пород в плане и в разрезе и особенно местоположе-
ние проницаемых разностей пород. Очевидно, что основной объем даль-
нейших разведочных работ должен быть сосредоточен на участках, сло-
женных породами с высокими фильтрационными свойствами.
19*	291
Таким образом, на стадии поисков производится оконтуривание линз
с привлечением в основном геофизических методов и применением не-
большого объема буровых работ и пробных откачек. Площадь съемки
определяется потребностью в воде и размерами линз.
Стадийность разведочных работ может быть различной в зависимо-
сти от размеров линз и потребности в воде. Для малых линз основное
значение имеют поисковые работы; которые затем переходят в разве-
дочные работы без подразделения на предварительную и детальную раз-
ведку. На крупных линзах сохраняются все стадии работ.
На стадии предварительной разведки уточняются контуры линзы
и на основании буровых и опытно-фильтрационных работ выбираются
участки расположения водозаборов. На данном этапе существенное вни-
мание уделяется изучению условий питания линзы (см. ниже). Эти ра-
боты продолжаются и при детальной разведке.
Работы на стадии детальной разведки осуществляются в основном
на участках, выбранных под водозаборы. Виды и объемы работ в основ-
ном те же, что и при разведке других месторождений пресных вод. Не-
которые специфические особенности разведочных работ на линзах прес-
ных вод освещаются ниже.
В результате разведочных работ должны быть выявлены условия
питания линзы, залегания ее в плане и разрезе и получены все гидрогео-
логические параметры, необходимые для выбора рационального спо-
соба эксплуатации. Важное значение имеют наблюдения за режимом
подземных вод в районе линз пресных вод, длительность которых дол-
жна составить по меньшей мере один год.
Очевидно, что на небольших линзах пресных вод, предназначаю-
щихся для периодического отбора воды, объем гидрогеологических ис-
следований целесообразно максимально сократить. Для этих линз ос-
новной упор должен быть сделан на геофизические и геоботанические
методы с доведением до минимума буровых и опытных работ.
На линзах пресных вод средних размеров намечаемых, для постоян-
ного централизованного водоснабжения, необходимо выполнение полно-
го комплекса гидрогеологических работ, причем основное внимание сле-
дует уделить изучению их питания, а также возможного изменения его
в процессе эксплуатации. Без получения достаточно ясной количествен-
ной характеристики питания линз невозможна сколько-нибудь обосно-
ванная оценка их эксплуатационных запасов.
При разведке крупных линз необходимо проведение всего комплек-
са гидрогеологических исследований, причем количественная оценка пи-
тания их может быть осуществлена лишь в первом приближении, так
как эксплуатационные запасы линз базируются в основном на естествен-
ных запасах пресных вод.
В связи с вышеизложенным можно полагать, что наименьшие зат-
раты на разведку 1 м'^ сутки пресной воды потребуются на крупных лин-
зах пресных вод, наибольшие затраты — для изучения линз средних
размеров; промежуточное положение по этому показателю займут мел-
кие линзы пресных вод.
При наличии в разрезе прослоев глин, отделяющих пресные воды
от соленых, должны быть выяснены размеры и мощность глинистых
прослоев. Если пресные воды на всей площади линзы подстилаются во-
доупорным слоем, ниже которого залегают соленые воды, то необходи-
мы, кроме того, данные о мощности водоупора и его сплошности на тер-
ритории распространения линзы. Если в водоупорном слое имеются
«окна», через которые будет происходить подток соленых вод, то их по
возможности необходимо закартировать. Наличие «окон» в ряде случаев
устанавливается путем проведения достаточно интенсивных опытных
откачек, и с помощью геофизических исследований выявляются участки,
292
где минерализация воды заметно повышается в результате проникно-
вения соленых вод через «окна».
В процессе проведения гидрогеологических исследований на линзах
пресных вод с близким залеганием уровня воды от поверхности земли
необходимо получить данные, на основании которых можно было бы оце-
нить расход грунтовых вод на испарение в естественных условиях, а
также дать оценку уменьшения потерь воды на испарение в процессе
эксплуатации.
При расположении водозабора вблизи реки или канала в ходе экс-
плуатации линзы возможна кольматация русла реки (канала), в связи
с этим нужны сведения о содержании взвешенных частиц в речных во-
дах, в особенности во время паводка.
Берега некоторых рек подвергаются быстрому разрушительному
действию воды. Береговые водозаборы, сооружаемые в непосредствен-
ной близости от таких рек, могут попасть в зону разрушения берегов.
Поэтому должны быть собраны данные о средней скорости разрушения
берегов для обоснованного выбора места расположения водозабора.
Проницаемость водосодержащих песчаных пород для пресных и со-
леных вод может отличаться, что обусловлено разной набухаемостью
содержащихся в песках глинистых частиц в пресной и соленой среде.
В связи с этим фильтрационные свойства пород следует изучать в зоне
как пресных, так и соленых вод. Необходимо определение количествен-
ного содержания в песках глинистых фракций и их минерального сос-
тава.
Значительное внимание в процессе гидрогеологических исследований
нужно уделять опытам по определению действительных скоростей по-
тока. Эти материалы могут дать представление об активной пористости
пород, величина которой входит в расчетные формулы.
При проектировании водозабора из спаренных скважин необходимо
предусмотреть сброс откачиваемых соленых вод. Во избежание «загряз-
нения» пресных вод сброс соленых вод желательно производить за пре-
делами линзы. Наилучшими коллекторами при сбросе соленых вод мо-
гут быть естественные понижения в рельефе, сложенные глинистыми
и суглинистыми породами. Размеры и количество таких понижений на
поверхности земли следует выбирать с таким расчетом, чтобы приток
соленых вод компенсировался испарением со свободной поверхности во-
доемов. Вопросу отвода соленых вод следует уделять внимание при гид-
рогеологических работах.
Итак, по результатам гидрогеологических исследований должны
быть получены следующие характеристики, необходимые для выбора
наиболее рационального способа эксплуатации пресных вод, линзы и
оценки их эксплуатационных запасов:
1)	величина питания в естественных условиях и характер взаимо-
связи подземных вод с поверхностными (для подрусловых линз);
2)	размеры линзы пресных вод (минерализация до 1 г/л) в плане
и разрезе;
3)	общая мощность пресных и соленых вод (до водоупора) в пре-
делах линзы и мощность соленых вод за пределами линзы (в переход-
ной зоне);
4)	средняя минерализация пресной воды, минерализация соленых
вод в разрезе вплоть до водоупора;
5)	размеры переходной зоны и характер изменения минерализации
соленых вод в переходной зоне;
6)	значение коэффициентов фильтрации, коэффициентов водоотдачи
(активной пористости) в области пресных и соленых вод и в переход-
ной зоне;
7)	содержание глинистого материала в водоносных песках и его
состав;
293
8)	содержание взвешенных частиц в водах реки (канала), к которым
приурочена линза; степень закольматированности русловых отложений;
9)	мощность и распространение глинистого прослоя, отделяющего
в разрезе пресные воды от соленых вод, если таковой имеется;
10)	фильтрационные свойства береговых отложений;
11)	величина (испарения грунтовых вод на площади линзы и в пере-
ходной зоне.
Гидрогеологическими исследованиями должна быть охвачена вся
площадь линзы, включая и ее переходную зону. Но с наибольшей де-
тельностыо следует изучить участок проектируемого водозабора.
Изучение режима подземных вод организуется на стадии разведки
линзы. Скважины на ней располагаются таким образом, чтобы охарак-
теризовать участки с различной глубиной залегания уровня грунтовых
вод от поверхности земли, с различным характером пород в зоне аэрации
и растительного покрова. Вблизи границ линзы скважины оборудуются
фильтрами длиной 5—10 м, расположенными наполовину в соленых и
наполовину в пресных водах. Наблюдения за положением границы прес-
ных и соленых вод в этих скважинах ведутся методом резистивиметрии.
Наиболее часто наблюдения за изменением химического состава подзем-
ных вод организуются в переходной зоне, в плане и разрезе.
Постоянные наблюдения за естественным режимом подземных вод
желательно начать за 1—2 года до начала эксплуатации линзы. Учи-
тывая, что естественный режим подземных вод вообще и на линзах в
частности характеризуется медленными изменениями, наблюдения мо-
гут быть достаточно редкими: в периоды отсутствия питания-— 1—2 ра-
за в месяц, в периоды питания — ежедневно или через день.
После начала работы водозабора режим подземных вод линзы усло-
жняется. Наибольшие изменения в режиме подземных вод будут иметь
место в районе водозаборных скважин. Соответственно наблюдения за
режимом подземных вод должны с большей детальностью произво-
диться в районе водозабора и на ближайшем к нему участке контура
линзы. Эти работы включают в себя наблюдения:
1)	за производительностью водозабора и изменением минерализации
отбираемой воды;
2)	за положением уровней воды и за минерализацией подземных
вод в районе водозабора, а также в районе предполагаемых «окон», че-
рез которые возможен подсос соленых вод;
3)	за положением уровня воды и границы пресных и соленых вод на
ближайшем контуре линзы.
Число наблюдательных скважин и их размещение определяются
в зависимости от конкретных гидрогеологических условий линзы.
Следует отметить, что охарактеризованные требования к наблюдени-
ям за режимом грунтовых вод относятся в основном к средним и круп-
ным линзам. Для мелких линз с небольшим отбором воды объем режим-
ных наблюдений может быть значительно меньшим.
Данные наблюдений за режимом подземных вод при эксплуатации
линзы после соответствующей обработки позволяют выбрать оптималь-
ную производительность водозаборов, так как в связи со сложностью
процессов формирования линз пресных вод питание линз и изменение его
в процессе эксплуатации оценивается во время изысканий лишь в пер-
вом приближении.
Для уменьшения затрат на режимные наблюдения целесообразно не
реже одного раза в год или в два года проводить наблюдения за переме-
щением границ линзы с помощью геофизических методов.
Чтобы исключить влияние колебаний атмосферного давления на
положение уровня воды в скважинах режимной сети, в удалении от во-
дозаборов рекомендуется оборудовать контрольные скважины с кон-
тактными электроуровнемерами системы ВСЕГИНГЕО.
294
Оценка питания линз, образовавшихся за счет
инфильтрации атмосферных осадков
Для линз этого типа (подтакырные, подлиманные линзы и др.) в
первую очередь важно оценить величину среднего многолетнего поверх-
ностного стока; причем главное значение имеет весенний сток, в значи-
тельной мере определяющий пополнение линзы пресными водами. Необ-
ходимо также установить, какая доля поверхностного стока, поступа-
ющего на площадь линзы, инфильтруется в грунт, т. е. требуется опре-
делить средний коэффициент инфильтрации поверхностных вод, скапли-
вающихся на площади линзы.
Приближенная методика прогноза стока на такырах в зависимости
от количества выпадающих атмосферных осадков разработана Г. Т. Ле-
щинским (Лещинский, 1958).
Питание линзы (Q, мъ1год) можно определить по формуле
Qn = 103F/zcp,	(XXI, 23)
где F — площадь водосбора, км2',
hc — высота слоя стока, мм\
3 — коэффициент инфильтрации.
При определении площади водосбора следует принимать в расчет
лишь ту часть площади, с которой сток поверхностных вод направля-
ется на территорию линзы пресных вод.
По Г. Т. Лещинскому, высота слоя стока в период паводка опреде-
ляется по следующей формуле:
hc = a-Xoc-C,	(XXI, 24)
где а — коэффициент стока, зависящий в основном от суммы дождевых
осадков, интенсивности дождя, запаса влаги до начала дождя
в верхнем слое почвы мощностью 0—10 см, водоудерживающей
способности почвы, а также рельефа поверхности земли;
Хос — сумма осадков за период дождя, мм;
С — коэффициент, зависящий от площади водосбора.
Согласно исследованиям Г. Т. Лещинского (1958), коэффициент
стока а может быть представлен зависимостью
а=/(<р, Р),	(XXI, 25)
где <р — произведение суммы осадков дождя на его среднюю интен-
сивность;
Р — предшествующий дождю запас влаги (в мм) в слое почвы мощ-
ностью до 10 см.
Функция а для условий, когда сток формируется на практически су-
хой почве, представлена в работе Г. Т. Лещинского (1958) в виде гра-
фиков. Этими графиками можно пользоваться для ориентировочных рас-
четов стока на участках, сложенных такырными и такыровидными поч-
вами. При оценке стока, вызванного таянием снега на этих почвах,
Г. Т. Лещинский рекомендует для определения величины а пользовать-
ся следующими данными:
Слой осад- ков от таяния сне- га, мм Коэффици-	10	15	20	25	30	35	35
ент стока а	0	0,12	0,18	0,24	0,28	0,33	0,40
295
Полученные кривые для определения значения а отвечают площади
водосбора в 0,007 км2. С увеличением площади водосбора коэффициент
стока а уменьшается, и это требует внесения поправки в расчет с по-
мощью коэффициента С, значение 'которого может быть найдено по сле-
дующим данным:
Площадь
водосбора, км3
Коэффициент С
0,007
0,01
0,1
0,5
1,0
5,0
10
50
100
200
500
1000
1,0
0,97
0,68
0,57
0,43
0,35
0,26
0,20
0,13
0,11
0,07
0,006
Величина коэффициента инфильтрации р может быть определена
или непосредственно по данным наблюдений на линзе, или по аналогии
с другими линзами.
М. М. Батыршиным на одном из такыров Западной Туркмении были
проведены наблюдения за инфильтрацией. Участки скопления вод повер-
хностного стока (эфемерные озера) были подвергнуты детальной топог-
рафической съемке масштаба порядка 1:500—1 : 1:1000 с таким рас-
четом, чтобы после заполнения этих пониженных участков водой можно
было бы в них подсчитать объем занимаемый водой, и площадь водной
поверхности. Вода из образующихся эфемерных озер расходуется на ис-
парение и инфильтрацию в почву. Так как испарение с открытой водной
поверхности может быть подсчитано с достаточной точностью по данным
ближайшей метеорологической станции или же по результатам наблю-
дений на избранном участке работ, то потери на инфильтрацию легко
вычисляются, если известно изменение объема воды, заполняющей дан-
ное понижение в рельефе. Объем, занимаемый водой, вычисляется на
карте по изогипсам рельефа поверхности участка. Проведенные
М. М. Батыршиным наблюдения показали, что коэффициент инфильтра-
ции на такырной линзе изменяется от 0,65 до 0,8.
Оценка питания линзы на период проведения изысканий может быть
осуществлена и другим способом, который мы для краткости будем на-
зывать объемным методом. Суть его сводится к следующему.
Геофизическими методами и по данным наблюдения за режимом
подземных вод до паводка устанавливается поверхность грунтовых вод
и положение границы пресных и соленых вод, а также размеры переход-
ной зоны. Во время паводка и после него по скважинам ведутся наблю-
дения как за уровнем грунтовых вод, так и за изменяющимся положе-
нием границы пресных и соленых вод. Для этой цели скважины обору-
дуются достаточно длинными фильтрами (10—15 м) и положение гра-
ницы пресных и соленых вод фиксируется методом резистивиметрии.
Когда по данным скважин граница пресных и соленых вод приближается
к максимальному развитию, проводятся повторные резистивиметричес-
кие работы. Таким образом удается определить два предельных объема
линзы пресных вод. Разность этих объемов характеризует питание линзы
за период паводка. Если в течение года было два паводка, то опыт пов-
торяется, и за год определяют два приращения объема линзы. Эти изме-
296
нения объема линзы характеризуют ее питание пресными водами в те-
чение года.
Наконец, по данным наблюдений за режимом подземных вод в пе-
риод паводка и после его завершения можно оценить питание линзы гид-
родинамическим методом, т. е. по расходу потока вблизи периферии лин-
зы пресных вод. Для расчета необходимо знать коэффициент фильтра-
ции пород и мощность зоны пресных вод.
Очевидно, что гидродинамический метод является менее точным по
сравнению с охарактеризованным выше объемным способом, так как при
определении коэффициента фильтрации на отдельных участках линзы
могут быть допущены немалые погрешности, что прямо скажется на оп-
ределяемой величине питания линзы пресными водами. Объемный ме-
тод лишен этих недостатков, так как при пользовании им требуется
знать коэффициент недостатка насыщения пород. Величина его в обло-
мочных породах определяется с небольшой ошибкой.
Следует заметить, что при пользовании гидродинамическим мето-
дом в условиях с небольшой глубиной залегания уровня грунтовых вод
от поверхности земли (до 3—5 м) следует расстояние между смежными
скважинами, участвующими в определении уклона поверхности пресных
вод, принимать небольшим. Оно должно быть выбрано с таким расче-
том, чтобы на участке между ближайшими друг к другу скважинами
испарение с поверхности грунтовых вод было незначительным по срав-
нению с расходом потока и им можно было бы пренебречь. Иначе в рас-
чете потребуется учесть величину испарения с поверхности грунтовых
вод.
Принимая во внимание, что различные методы определения питания
линзы характеризуются своими недостатками и положительными сторо-
нами, целесообразно определение питания линзы производить несколь-
кими методами.
Важно иметь в виду, что по данным охарактеризованных выше на-
блюдений за режимом линзы пресных вод можно оценить питание ее
в период наблюдений. Для определения по этим данным минимального
и среднего многолетнего питания линзы можно воспользоваться следу-
ющим приближенным подсчетом.
Известно, что питание линз в засушливых районах осуществляется
в основном в зимне-весеннее время. Поэтому для определения минималь-
ного питания линзы следует определить величину зимне-весенних осад-
ков в наиболее засушливые годы и измерить установленное опытным пу-
тем питание линзы пропорционально отношению величин зимне-весен-
них осадков в наиболее засушливый год и в период выполненных наб-
людений за питанием линзы. Таким же путем может быть приближенно
оценено среднее многолетнее питание линзы, если известны средние мно-
голетние зимне-весенние осадки.
При наличии многолетних наблюдений за режимом подземных вод
в данном районе можно установить коррелятивные зависимости между
величиной зимне-весенних осадков и питанием грунтовых вод.
Оценка питания пресных вод линз у каналов и рек
При определении питания линз, сформировавшихся вблизи каналов
или рек, следует также пользоваться несколькими методами. Одним из
методов, применение которого возможно для таких линз, является гидро-
логический, позволяющий непосредственно оценить потери воды на
фильтрацию из канала. С этой целью на канале в пределах линзы прес-
ных вод должно быть создано два-три гидрологических створа для опре-
деления расхода воды в канале. Разность расходов между створами
дает потери воды на фильтрацию в пределах данного участка канала.
Методика этих определений в настоящее время хорошо разработана,
297
и мы здесь на этом вопросе специально не останавливаемся. Необходи-
мо лишь обратить внимание на следующие обстоятельства.
Гидрологические определения расхода 'на створах с помощью вер-
тушки характеризуются невысокой точностью (погрешность порядка 10—
15% л больше). Вследствие этого на каналах с достаточно большими
расходами погрешности в оценке этих расходов гидрологическим мето-
дом могут оказаться близкими к потерям на фильтрацию из канала
между створами. В таких случаях определение расходов на створах с
помощью вертушек возможно лишь при:
1) повышении точности определений расходов на створах путем
увеличения количества точек, в которых замеряются скорости потока
в каналах на разных глубинах, и
2) увеличении расстояний между створами в случае, когда гидро-
геологические условия между створами существенно не изменяются.
Обычно расстояние между створами принимается равным 5—10 км.
Вопрос о целесообразности применения вертушек для определения рас-
хода на створах должен быть решен в каждом отдельном случае с уча-
стием гидрологов.
Точность измерения расхода воды в канале на створах может быть
существенно повышена, если для данной цели применить водосливы. Но
эти работы при больших расходах воды в каналах связаны с немалыми
затратами. Поэтому этот способ целесообразно использовать на распре-
делительных каналах, характеризующихся небольшими расходами, и
мало приемлем на магистральных каналах, расходы которых значи-
тельны.
Для оценки питания линз у каналов могут применяться охарактери-
зованные выше объемный и гидродинамический методы.
Объемный метод может найти применение на нешироких линзах
пресных вод у каналов, так как в этом случае изменение питания линзы
будет заметно сказываться на изменении ее мощности и размеров в пла-
не. В связи с этим и точность определений будет выше. Здесь, так же как
и для других линз пресных вод, должны максимально использоваться
геофизические методы для определения положения границы пресных
и соленых вод и изменения ее во времени. На линзах большей ширины
оценить изменение их объема труднее, в связи с чем этот метод в дан-
ных условиях может оказаться малоэффективным.
Гидродинамический метод определения расхода потока может при-
меняться независимо от размеров линз пресных вод. Для наблюдения за
режимом грунтовых вод целесообразно располагать скважины по ство-
рам, перпендикулярным к каналу.
Оценка питания водозаборов на линзах пресных вод у каналов мо-
жет быть в соответствии с опытом В. П. Волкова и В. А. Гейнца произ-
ведена по данным групповой откачки. Она должна быть выполнена с та-
кой производительностью, при которой через некоторое время (1—2 ме-
сяца) практически наступает стабилизация уровней воды как в водоза-
борных, так и в наблюдательных скважинах.
Групповая откачка производится из 3—5 скважин, расположенных
в виде ряда, параллельного каналу. Наблюдательные скважины разме-
щают по створам, перпендикулярным каналу. Эти створы располагаются
не только в зоне водозабора, но и за его пределами с расчетом постро-
ения воронки депрессии на разные периоды времени. Если в процессе
групповой откачки при данном дебите достигнута стабилизация уровня
воды во всех наблюдательных скважинах и размер образовавшейся во-
ронки депрессии нам известен, то по полученным результатам прибли-
зительно определяется средний расход питания на единицу длины во-
дозабора. Этот метод может быть применен как при отсутствии, так и
при наличии прямой гидравлической связи лйнзы пресных вод с кана-
лом. В последнем случае потери воды на фильтрацию из канала возра-
298
стают в процессе работы водозабора, причем групповая откачка в ряде
случаев позволяет установить условия образования разрыва потока из
канала в водоносный слой.
Следует заметить, что по данным групповой откачки оценка пита-
ния линзы из канала в условиях работы водозабора производится с дос-
таточной надежностью, так что результаты этих исследований могут
служить базой для отнесения эксплуатационных запасов к высоким ка-
тегориям.
Групповую откачку целесообразно привязать к периоду, когда го-
ризонт воды в канале занимает примерно среднее положение между
максимумом и минимумом, хотя это и не является обязательным.
Если мы располагаем данными о режиме грунтовых вод вблизи ка-
нала в течение года и данными о напорных градиентах вблизи канала
до начала групповой откачки, то питание линзы, установленное в период
групповой откачки, может быть пересчитано с помощью следующей про-
стой зависимости:
•	*Ср
?ср = 9от-^-’	(XXI, 26)
где qC], и qom— среднее питание на единицу длины линзы в течение го-
да и в период откачки;
'ср и /от —средний напорный градиент потока в течение года и в
период откачки.
Следует заметить, что в процессе гидрогеологических исследований
на линзах пресных вод, сформировавшихся у каналов, целесообразна
также постановка опытов по увеличению питания линз за счет роста
фильтрации вод из каналов в грунтовые воды. Эти мероприятия заклю-
чаются в следующем:
1) чистка дна канала и наблюдения за ростом расхода на фильтра-
цию из канала, а также за уменьшением расхода потерь в результате
кольматации дна канала и
2) отвод пресных вод на территорию линзы канавами, прорезаю-
щими всю мощность покровных суглинков, если мощность их невелика
и исчисляется несколькими метрами; при этом до поступления в эти ка-
навы вода из канала должна отстаиваться в специальных отстойниках.
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
ПРИ РАЗВЕДКЕ ЛИНЗ ПРЕСНЫХ ВОД*
Наибольшие трудности в практической деятельности гидрогеологов,
занимающихся поисками и разведкой пресных вод в пустынных районах,
вызывает поисковая часть задачи. В период поисков требуется найти
и оконтурить площадь распространения пресных вод, оценить перспек-
тиву и целесообразность постановки на ней гидрогеологических разве-
дочных работ.
Трудности поисков возрастают во много раз, если геологическая и
гидрохимическая обстановка в районе поисков известна лишь по анало-
гии и геологическим соображениям. Расходы материально-технических
и денежных средств на поиски с помощью бурения в таких случаях зна-
чительно возрастают, а затраченный труд не всегда приносит желаемые
результаты. Поэтому все чаще гидрогеологу приходится изыскивать
возможности и пути ускорения и удешевления поисковых работ. Для
этого в числе других привлекаются и геофизические методы исследо-
ваний.
Наряду с небольшой относительной стоимостью и высокой произво-
дительностью геофизические методы исследований позволяют без бу-
’ Раздел написан Н. И. Пичугиным (Узбекский гидрогеологический трест).
299
рения ответить на все вопросы, интересующие гидрогеологов в период
поисков. Поэтому вполне возможно исключить поисковое бурение и ог-
раничиться минимальным объемом опорно-проверочного или разведоч-
ного бурения в стадию предварительной разведки.
В поисковый период геофизические методы можно применять на
объектах с любой геологической и гидрогеологической обстановкой. Как
бы сложны они ни были, всегда можно подобрать такой комплекс гео-
физических методов, который сможет дать ответ на поставленные воп-
росы с максимальным геологическим эффектом.
Геофизическими методами решаются следующие задачи поисков:
1.	Выявление зон распространения пресных вод, залегающих среди
соленых, и оконтуривание их как по площади, так и в разрезе. В ком-
плексе с данными геологической документации нескольких опорно-про-
верочных скважин, из которых отбираются и анализируются пробы во-
ды с различных глубин, эта задача расширяется до построения карты
минерализации (плотного остатка) подземных вод в эквиваленте какой-
либо соли.
2.	Выявление области питания линз пресных вод.
3.	Определение глубины залегания первого от поверхности водонос-
ного горизонта.
4.	Выявление некоторых особенностей геологического строения изу-
чаемой территории (например, конфигурации кровли коренных пород,
характера залегания в разрезе определенных возрастных комплексов
четвертичных отложений и их литологических характеристик).
5.	Поиски погребенных под более молодыми отложениями древних
русел рек, содержащих пресные и опресненные воды;
6.	Выявление мест фильтрации из каналов и мест дренирования во-
ды в каналы.
7.	Выявление в скальных породах трещиноватых и закарстованных
зон, в которых содержатся пресные или опресненные воды.
8.	Изучение тектонических особенностей коренных пород с опреде-
лением их преимущественных литологических характеристик и оценкой
характера минерализации содержащейся в них воды.
Возможности решения этих задач с помощью геофизических мето-
дов базируются на зависимости физических свойств пород от их веще-
ственного состава, физического состояния и особенностей геологиче-
ского строения изучаемой территории.
В гидрогеологии наибольшее применение находят электроразведоч-
ные методы. В зависимости от характера решаемой задачи в период по-
исков пресных подземных вод применяют метод вертикальных электри-
ческих зондирований (ВЭЗ), электропрофилирование различных моди-
фикаций, метод естественных электрических полей (ПС).
ГЕОБОТАНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПОИСКАХ ЛИНЗ
ПРЕСНЫХ ВОД В ПУСТЫНЯХ
Общие сведения о геоботанических исследованиях
При поисках пресных вод часто используется геоботанический гид-
роиндикационный метод. Важнейшей теоретической предпосылкой гид-
роиндикационных исследований является развившееся в последнее вре-
мя учение о ландшафтах (Берг, 1931; Солнцев, 1948; Исаченко, 1953).
Ландшафтом географы называют то природное целое, которое формиру-
ется в силу тесных и глубоких взаимосвязей всех природных компонен-
тов: климата, рельефа, горных пород, подземных вод, почв и расти-
тельного покрова. Растительность является одним из наиболее заметных
компонентов ландшафта.
300
Растительные сообщества (а иногда .и отдельные виды растений),
используемые для индикации подземных вод, носят название гидроин-
дикаторов. Среди них следует различать прямые гидроиндикаторы, рас-
пределение которых непосредственно зависит от подземных вод, и кос-
венные, которые связаны с определенными почвенно-литологическими
условиями и в известной мере помогают расшифровать некоторые гид-
рогеологические особенности.
Прямыми гидроиндикаторами являются в первую очередь фреато-
фиты — растения с мощной, глубоко проникающей корневой системой,
достигающей уровня грунтовых вод. Отчасти ими могут служить трихо-
гидрофиты, т. е. растения, корневая система которых связана с капил-
лярной каймой грунтовых вод. Наконец, имеется обширная группа рас-
тений — омброфитов, живущих за счет влаги атмосферных осадков. Эти
растения можно применять лишь в качестве косвенных гидроиндика-
торов, а в ряде случаев они вообще не имеют гидроиндикационного зна-
чения.
Весьма важным условием успешной гидроиндикации является ис-
пользование не отдельных видов растений, а целых сообществ, так как
растительное сообщество (фитоценоз) дает значительно более досто-
верные данные о гидрогеологических условиях. Однако применение та-
ких гидроиндикаторов требует значительных геоботанических знаний,
поэтому в практике гидрогеологических исследований пока приходится
ограничиваться гидроиндикационным использованием отдельных видов
растений. При этом очень важно иметь в виду, что тот или иной расти-
тельный вид — гидроиндикатор лишь тогда достоверно характеризует
определенные гидрогеологические условия, если он присутствует на ис-
следуемом участке в большом (массовом) количестве.
Как уже было отмечено, геоботанические исследования применя-
ются в основном на стадии поисков, так как с помощью этого метода
можно определить ориентировочно площади, на которых подземные во-
ды залегают более или менее близко к поверхности, и до известной сте-
пени оценить их минерализацию. Геоботанические исследования при этом
могут весьма эффективно использоваться в сочетании с аэрометодами
и геофизическими исследованиями.
Поиски линз пресных вод в пустынях
Геоботанические методы получили наиболее значительное приме-
нение при поисках линз подземных вод. В разных подзонах пустынной
зоны геоботанические признаки, используемые при подобных исследо-
ваниях, довольно различны.
В подзоне полупустынь и северных пустынь (Западной и Централь-
ный Казахстан, Нижнее Поволжье, Ногайская степь) широкое распро-
странение имеют линзы, лежащие в песчаных массивах, линзы, распо-
лагающиеся под лиманами и лиманообразными понижениями, и коль-
цеобразные скопления пресных вод по периферии солончаков (особенно
в тех случаях, когда последние граничат с песками).
Линзы, лежащие в песчаных массивах северных пустынь, обычно
обозначаются сообществами типичных облигатных фреатофиров. Наи-
более обычными из них являются следующие: группы деревьев влаго-
любивых пород, заросли кустарниковых фреатофиров, сообщества тра-
вянистых и полукустарниковых фреатофитов.
Группы, реже рощицы некоторых влаголюбивых древесных пород —
ива (род Salix), лох (род Eleagnus), тополь (род Populas) —встречаю-
тся по дну и реже по склонам котловин выдувания и часто по окраинам
песков (в местах выклинивания вод подпесчаных линз). Эти древесные
301
породы обычно сопровождаются большим количеством влаголюбивых
злаков (чаще всего тростника) и разнотравья.
Для поисков пресной воды в песках северных пустынь имеет зна-
чение даже появление отдельных экземпляров упомянутых пород, если
эти экземпляры достаточно хорошо развиты и не обнаруживают приз-
наков угнетения (низкорослость, суховершинность, слабая олиствен-
ность и т. д.).
Воды здесь залегают не глубже 5 м., и минерализиция их обычно
составляет около 1 г/л\ лишь под лохом она может быть несколько по-
вышена (не более 3 г/л).
При использовании в качестве индикаторов групп ив следует обра-
щать особое внимание на то, чтобы развитие их было достаточно мощ-
ным и пышным, так как единичные чахлые особи ивы могут существо-
вать на участках с малыми скоплениями пресных вод, не имеющими
практического значения.
На аэрофотоснимках участки древесной растительности выделяю-
тся отчетливо в виде групп темных, почти черных крапинок; при очень
густом стоянии деревьев образуется темное пятно с фестончато изрезан-
ными краями и неяснозернистой структурой, заметной лишь при увели-
чении изображения до масштаба порядка 1 :5000. При аэровизуальных
наблюдениях летом деревья хорошо опознаются по округлым кронам и
темной зелени, а осенью — по оранжево-желтой характерной окраске,
особенно тополя и ивы.
Заросли кустарниковых фреатофитов также являются важными
гидроиндикаторами. Наиболее распространенные виды фреатофитов —
чингиль (род Нalimondendron) и тамариксы (род Tamrix). Заросли их
встречаются в тех же элементах рельефа песков, что и предыдущие гид-
роиндикаторы.
Чингиль особенно част по окраинам песков, где в местах высачи-
вания вод он образует сплошные чащи в смеси с гигантскими злаками —
тростником и чием.
Воды под кустарниковыми зарослями залегают не глубже 10 м, ред-
ко 12 м. Прогноз глубины залегания, если учитывать дополнительные
гидроиндикаторы (сопутствующие виды), может быть значительно уточ-
нен: при наличии чия, камыша или хорошо развитых тростниковых за-
рослей вода располагается не глубже 5 м. При отсутствии их вода чаще
залегает на глубине 5—10 м.
Чингилевые заросли связаны с водами, минерализация которых не
превышает 3 г/л.
Под зарослями тамариксов минерализация воды сильно варьирует.
Разные виды тамариксов могут существовать при резко различной кон-
центрации солей в тех водах, с которыми они связаны. Хотя распозна-
вание отдельных видов для гидрогеолога, не имеющего специальной
геоботанической подготовки, затруднительно, но можно указать, что в
целом виды, связанные с пресными и слабо солоноватыми водами, имеют
обычно темно-зеленую окраску, тогда как тамариксы, произрастающие
в местах распространения высокоминерализованных вод, имеют сизый
оттенок зелени из-за образования на листьях налета тончайшей соляной
пудры, возникающей при высыхании мельчайших капелек рассола, выс-
тупающих на поверхности листвы. Это различие легко воспринимается
не только при наземном исследовании, но и при аэровизуальных наблю-
дениях.
Сообщества травянистых и полукустарниковых фреатофитов, оби-
тающих в песках северной полупустыни, очень многочисленны и разно-
образны, и мы отметим лишь наиболее распространенные среди них. К
последним должны быть в первую очередь отнесены заросли чагыра,
или песчаной полыни, (Astemisia arenaria)—крупного полукустарника
с красноватыми ветвями и ярко-зелеными мелко рассеченными листьями.
302
Песчаная полынь очень широко распространена в песках, но так как
она является триогидрофитом, то надежным гидроиндикатором ее сле-
дует считать лишь тогда, когда она представлена многочисленными пыш-
Рис. 48. Аэрофотоснимок песчаного массива с зарослями фреатофитов
(Ph) в центре и по окраине (летняя съемка)
может варьировать от
3 до 10 м; минерализа-
но развитыми экземплярами. Низкорослая угнетенная песчаная полынь
может развиваться и при залегании воды на значительных глубинах.
Глубина залегания воды
ция не превышает 3 г/л.
Рис. 49. Аэрофотоснимок лиманного понижения, под которым ле-
жит линза пресных вод (Востокова, 19161)
Полезно обращать внимание на некоторые ландшафтные признаки,
не имеющие строго геоботанического характера. Так, если котловина с
зарослями пышно развитой песчаной полыни окружена сильно разве-
янными барханными песками, что легко обнаружить, например, по аэро-
303
Рис. 50. Аэрофотоснимок водорослевого налета (А) и
зарослей фреатофитов (Ph) на такыре, под которым
лежит линза пресных вод (летняя съемка)
фотоснимку (рис. 48), то вода под котловиной залегает не глубже 5 м и
имеет, как правило, минерализацию около 1 г/л (Преображенская,
1962). Чем более закреплены окружающие пески, тем воды под заросля-
ми песчаной полыни залегают глубже, и содержание солей в воде воз-
растает.
Надежными гидроиндикаторами, строго связанными с пресными во-
дами, являются в песках северопустынной зоны заросли вайды песча-
ной (Jsatis sabulosa — круп-
ное растение из семейства
крестоцветных) и донника
польского (Telitolis ooloni-
cus — растение из семейства
бобовых). Располагаясь
обычно по дну котловин вы-
дувания, заросли этих видов
встречаются только там, где
вод не более 3 м (максимум
5 м), а минерализация не
выше 1 г/л (Демидова и др.,
1955).
Линзы, расположенные
под лиманообразными пони-
жениями, на супесчано-су-
глинистых равнинах обозна-
чаются обычно различными
лугами, постоянными компо-
нентами которых являются
пырей ползучий (Agropyron
repens), солодка (род Gly-
cyrrhiza), верблюжья ко-
лючка (род Alhagi) и кер-
меки (рода limonium и Sta-
tice) . Последние четыре
группы растений являются
фреатофитами. Солодка тя-
готеет преимущественно к
пресным водам, изредка про-
никая и в высокоминерали-
зованные. В последнем слу-
чае она становится низко-
рослой и имеет беловатый
налет на листьях вследствие
выделения соляной пудры. Распространение в лиманах кермеков служит
надежным признаком присутствия соленых вод. Верблюжья же ко-
лючка может существовать как на пресных водах (в комплексе с со-
лодкой), так и на соленых (в симбиозе с кермеком). Однако если под-
лиманная линза сильно засолонена, то у верблюжьей колючки отмеча-
ются низкорослость, мелколистность и светлая окраска листьев
(рис. 49).
В южных пустынях мелкие подпесчаные линзы мало распростране-
ны. Индикаторами их являются рощи черного саксаула и заросли та-
мариксов. Значительно чаще встречаются подтакырные линзы. Послед-
ние обозначаются кольцами влаголюбов (тамарикс, верблюжья колюч-
ка) по окраинам такыров, отчасти проникающими и на его поверхность
(Шавырина, 1963). Кроме того, показателем присутствия подтакырных
линз может служить появление на поверхности такыров густых налетов
напочвенных водорослей. Такие налеты присутствуют на такырах почти
всегда, но над линзой они становятся 'особенно сомкнутыми и довольно
304
хорошо заметными на аэрофотоснимках в виде несколько расплывчатых
округлых или овальных контуров с темно-серым фототоном на более све-
тлой поверхности такыра (рис. 50). Воды на подтакырных линзах, обо-
значаемых кольцами тамариксов и верблюжьей колючки, лежат на глу-
бине 8—10 м, причем минерализация их может достигать 3—4 г/л. Что-
бы уточнить степень минерализации, следует руководствоваться теми
чертами внешнего облика этих растений, какие были упомянуты выше
(сизая или зеленая окраска тамариксов, нормально развитые или низко-
рослые, крупнолистные или мелколистные формы у верблюжьей колю-
чки) .
При индикации мелких линз под песками, такырами, лиманами
следует иметь в виду, что растительность обозначает ту площадь, где
вода присутствует более или менее постоянно. Во влажные годы или
даже в отдельные сезоны линзы могут занимать площади значительно
большие, чем на которых развита влаголюбивая растительность.
В песках подзоны южных пустынь встречаются крупные глубоко за-
легающие линзы подземных вод. Они не находят непосредственного от-
ражения в распределении растительного покрова. Однако зоны их вык-
линивания обозначаются довольно отчетливо флористическими комплек-
сами, в которых сочетаются древесные, кустарниковые и травянистые
фреатофиты и трихогидрофиты. Так, например, подобная зона у извест-
ной Ясханской линзы занята сочетанием тополевых рощиц, тростниковых
зарослей, групп кустов тамариксов с участием солодки и верблюжьей
колючки, образующим широкую полосу, заметную на местности по своей
яркой зеленой окраске, а на аэрофотоснимке — по интенсивному темно-
му фототону.
В каменистых пустынях (Устюрт, южная часть пустыни Кызылкум,
равнинный Мангышлак) линзы пресных вод обозначаются особыми, свое-
образными микроландшафтами, представленными обширными (до 1 —
2 км) слабо выраженными блюдцевидными понижениями (местное на-
звание «урпа»), занятыми растительными группировками, в которых
характерно присутствие двух фреатофитов — итсегека (Anabasis aphyl-
la) и адреспана, или гармалы (Peganum harmala). Воды лежат на глу-
бине 5—15 м\ минерализация их обычно не свыше 3 г/л, редко до 5 г/л.
20 Зак. 627
Глава XXII
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
ЗНАЧЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
ОБЛАСТИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
Методика гидрогеологических исследований для целей водо-
снабжения в области распространения многолетнемерзлых пород имеет
некоторые специфические особенности по сравнению с теми методами и
приемами исследований, которые применяются вне этой зоны при изуче-
нии эксплуатационных запасов подземных вод различных гидрогеологи-
ческих типов. Так как на территории многолетнемерзлых пород можно
встретить различные типы подземных вод, описанные выше, в данной
главе излагаются только некоторые особенности поисков и разведки под-
земных вод, которые возникают в связи с наличием многолетней мер-
злоты.
В северных и северо-восточных районах Союза ССР в связи со стро-
ительством в последнее время крупных промышленных предприятий
возникла потребность в больших объемах воды для водоснабжения. Осо-
бенно большое количество воды необходимо для обогатительных фаб-
рик.
Часто поверхностные воды этих территорий не могут обеспечить ну-
жное количество воды и приходится использовать подземные воды. Эта
необходимость возрастает тогда, когда поверхностные водотоки, в боль-
шинстве случаев обильные летом и осенью, промерзают до дна (тол-
щина льда на водоемах северной территории Союза ССР достигает 1,5—
2,5 м).
Значительная часть территории СССР находится в зоне распростра-
нения многолетнемерзлых горных пород, мощность которых увеличива-
ется с юга на север и достигает 300—600 м и даже более (рис. 51). Од-
нако в некоторых случаях в определенной климатической, геологической
и гидрогеологической обстановке локально ограниченные большой мощ-
ности многолетнемерзлые толщи обнаруживаются и в более южных рай-
онах, например в высокогорных районах Северного Забайкалья. Точно
также небольшие мощности многолетнемерзлых пород и талики встре-
чаются на севере области распространения многолетнемерзлых пород,
например в зонах активного тектогенеза.
В ряде районов с мощной низкотемпературной толщей многолетне-
мерзлых пород получение воды как поверхностной, так и подземной нас-
только затруднительно, что приходится прибегать к снижению норм во-
допотребления и принимать меры к возможно более эффективному ис-
пользованию оборотных вод. Так, например, в некоторых северных рай-
онах Аляски, где многолетнемерзлые породы занимают около 60% всей
территории, практикуется повторное использование сточных вод для
нужд бытовой канализации (Alter, 1963).
В отечественной промышленности известны случаи, когда в районах
с многолетнемерзлыми породами из-за чрезвычайной сложности и доро-
говизны получения и транспортировки воды( поверхностной и подзем-
306
ной) разработка ценного полезного ископаемого становилась экономи-
чески невыгодной.
Методические особенности изучения подземных вод, распространен-
ных в области многолетнемерзлых пород, отмечались в ряде работ
Н. И. Толстихина (1935, 1941), П. Ф. Швецова (1951), А. И. Калабина
(1958, 1960), Н. А. Вельминой (1952, 1961), Н. И. Плотникова (1965 г.)
и других исследователей, а также в обобщающих трудах, учебниках
и методических руководствах, которые и послужили основой данной
Рис. 51. Схема распространения многолетнемерзлых пород
1 — южная граница области распространения многолетмерэлых пород; 2 — южная граница тер-
ритории с преимущественным распространением мощных (более 200 м) толщ многолетнемерзлых
пород; 3 — границы районов с азональной мощностью многолетнемерзлых пород, цифра обозна-
чает максимальную мощность, л; 4 — граница территории с широким распространением крупных
наледей подземных вод
главы. Использованы также некоторые скудные сведения, помещенные
в материалах по утверждению запасов подземных вод для районов раз-
вития вечномерзлых пород.
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
Весьма специфической особенностью гидрогеологических исследо-
ваний в этой области является то, что здесь в большей степени, чем в
обычных условиях, требуется учитывать фактор времени и температуру
горных пород и подземных вод.
На стадии гидрогеологической съемки особенно важно установить
время проведения полевых исследований. Связано это с тем, что наиболее
четко естественные выходы глубоко залегающих подземных вод проя-
вляются в конце зимы и в самом начале весны (до начала снеготаяния),
когда поверхностные и надмерзлотные грунтовые воды, маскирующие
и перекрывающие эти выходы, перемерзают. Поэтому изучение зимних
20*	307
и весенних выходов глубоких подземных подмерзлотных вод дает наи-
более правильное представление об их свойствах, особенно о ресурсах
и химическом -составе. Именно в это время целесообразно изучать и кар-
тировать непромерзающие источники и образованные ими наледи, заме-
рять расходы источников, температуру воды, размеры наледей.
Период, когда наблюдается наиболее полное перемерзание над-
мерзлотных вод и когда, следовало, сохранившиеся выходы подземных
вод на поверхность характеризуют истинные свойства подмерзлотных
вод в наибольшей степени, называется критическим периодом. Он нас-
тупает обычно в феврале и заканчивается в апреле.
В более ранний зимний период надмерзлотные воды нередко времен-
но приобретают напор, обусловленный глубоким промерзанием верхней
части водоносного горизонта (криогенный напор). Однако он не является
показателем возросшей водообильности данного пласта и может -сопро-
вождаться даже уменьшением дебитов источников.
В ряде -случаев, особенно в южной части области распространения
многолетнемерзлых (например, в Забайкалье), мощные надмерзлотные
водоносные горизонты могут и не перемерзать полностью, однако -и
здесь в критический период особенности подземных вод выявляются на-
иболее четко.
Глубоко залегающие подмерзлотные воды менее зависят или сов-
сем не зависят от сезона года, однако особенности выходов их на днев-
ную поверхность могут значительно изменяться в течение года.
Нередко источник подмерзлотных вод зимой имеет даже большую мощ-
ность, чем летом, так как мелкие пути разгрузки этих вод перемерзают
и вся изливающаяся вода сосредоточивается в одном источнике.
В общем, -сезонные колебания дебита, напора, температуры и хими-
ческого состава воды источников в области распространения многолет-
немерзлых пород часто бывают существенно более контрастными, чем
у источников вне этой области. Поэтому в этой области желательны сис-
тематические круглогодичные гидрогеологические наблюдения за -режи-
мом источников или, в крайнем случае, наблюдения должны проводиться
зимой (время наибольшего промерзания) и осенью (время наибольшего
протаивания). Для определения возможности использования источника
для водоснабжения круглогодичные исследования совершенно необхо-
димы.
Другая -важная специфическая особенность в изучении подземных
вод в области распространения многолетнемерзлых пород заключается
в 'более детальном, чем обычно, изучении температуры подземных вод
и горных пород, так как помимо всех обычных качеств воды, -которые
связаны с изменением температуры (газовый и химический состав, плот-
ность воды), здесь изменение температуры может привести к измене-
нию фазового состояния воды и к существенному нарушению условий
эксплуатации. Вопрос изменения режима эксплуатируемых подземных
вод в годовом цикле весьма существен для данной области, поэтому сле-
дует проводить наблюдения за работой действующих водоисточников,
имеющихся в данном районе, в течение возможно более длительного
времени, особенно в такие времена года, когда четко проявляются гид-
рогеологические контрасты, связанные с наибольшим промерзанием и
наибольшим протаиванием пород.
Следует выяснить, какие воды эксплуатирует данный водопункт,
перемерзают они -зимой или нет, насколько изменяется их эксплуатаци-
онный дебит, какие меры применяются для предотвращения замерзания
водоисточника (тепляк над колодцем, обогрев ствола скважины, пос-
тоянная или периодическая откачка воды). Следует учитывать, что в
связи -с замерзанием или -оттаиванием эксплуатируемого водоносного
горизонта может произойти перераспределение количества и изменение
направления подземного стока.
308
Основные типы подземных вод области распространения многолет-
немерзлых пород, которые могут быть использованы для более или менее
крупного водоснабжения, помещены в табл. 30.
При гидрогеологических исследованиях в области многолетнемер-
злых пород в основном применяются те же методы исследований подзем-
ных вод, что вне этой области, однако в ряде случаев они имеют некото-
рую специфику.
Изучение водоемов и рек в области развития многолетней мерзлоты
представляет значительный интерес, так как нередко только по таликам
под ними происходит взаимосвязь поверхностных и подземных (подмер-
злотных) вод.
Изменение уровня воды в водоемах может служить показателем
связи поверхностных вод с подземными. Следует установить характер и
величину изменения уровня воды и ледяного покрова в течение года,
определить, к какому периоду приурочены подъемы и понижения уров-
ня в водоеме.
Выпучивание центральной части ледяного покрова водоема позво-
ляет предполагать перемерзание путей грунтового стока воды и нали-
чие субаквального притока подземной воды. Прогиб ледяного покрова
в водоеме указывает на промерзание протоков грунтовых вод, питаю-
щих озеро, при наличии свободного стока.
Следует установить изменение температуры воды в водоеме или ре-
ке во времени и в пространстве. Температуру измеряют в нескольких
местах, в основном около дна, по створам или по сетке в соответствии
с особенностями распределения температуры воды. Наблюдения позво-
ляют установить наличие локального аномального изменения темпера-
туры воды, которое может быть обусловлено субаквальным выходом
подземных вод. Такие локальные участки должны подвергаться более
детальному обследованию.
Наиболее показательны температурные наблюдения в зимнее время,
когда влияние глубоких подземных вод на поверхностные проявляется
наиболее четко.
Весьма важно определить не только температуру воды, но и темпе-
ратуру и фазовое состояние горных пород, слагающих дно водоема или
водотока с целью установления размеров и контуров талика, а также
изменений этих характеристик во времени. Так как это изучение связа-
но с бурением наблюдательных и разведочных скважин с воды или со
льда, требуется исключительно тщательная обсадка труб и изоляция
ствола скважины от проникновения в него воды. В некоторой степени
сведения о размерах таликов могут быть получены геофизическими ме-
тодами (электропрофилирование и электрозондирование). Изучение под-
русловых таликов производят по поперечникам, в границах и за предела-
ми водоема или русла реки. Чрезвычайно важно установить конфигура-
цию поверхности, разделяющей многолетнемерзлые и талые породы, и
водоносность подруслового талика. В зависимости от гидрогеологической
обстановки эта поверхность раздела может иметь падение от реки (во-
доема) в сторону берега, от берега в сторону реки или быть почти вер-
тикальной. Обычно первый случай обусловлен интенсивным водообме-
ном по талику между подземными и поверхностными водами, второй
и третий — меньшим влиянием водообмена поверхностных и подземных
вод или даже отсутствием водообмена (несквозной талик).
Некоторые черты формирования и строения ледяного покрова во-
доемов и рек являются индикаторами гидрогеологических особенностей
данного участка. При обследовании ледяного покрова надо обращать
внимание на речные наледи, ледяные бугры и полыньи, образование ко-
торых обычно связано с выходами подземных вод.
При изучении полыньи производят измерение ее размеров, опреде-
ляют глубину водоема, толщину льда в различных расстояниях от по-
309
лыньи, измеряют температуру воды, скорость течения, расход потока,
отбирают пробы воды на химический анализ. В результате обобщения
полученных данных и данных о гидрогеологическом строении участка
можно сделать вывод о генезисе подруслового (подозерного) талика и
его водоносности. Необходимо подчеркнуть, что подрусловые талики яв-
ляются вообще одними из наиболее надежных источников водоснабже-
ния в области распространения многолетнемерзлых пород.
Чрезвычайно характерны для области многолетнемерзлых пород —
наледи — плоско-выпуклые ледяные тела, образовавшиеся на поверх-
ности почвы в результате последовательного замерзания поверхностных
или подземных вод (Вельмина, 1961). Наледи поверхностных вод обра-
зуются водами рек и озер, наледи подземных вод — источниками вод
глубокой циркуляции, водами грунтовых и подрусловых потоков.
Наледи подземных вод глубокой циркуляции, обычно наиболее мощ-
ные, приурочены к выходам подземных вод по зонам тектонических на-
рушений или контактам пород различного возраста и состава. Распро-
странены наледи главным образом в горных областях и служат пока-
зателем водообилия данного района.
Дебиты источников, образующих наледи, весьма различны. На юге
области распространения многолетнемерзлых пород (Забайкалье, Даль-
ний Восток) источники обладают обычно дебитом до 10 л!сек. В северо-
восточных районах дебиты их достигают сотен и даже тысяч литров в
секунду, и поэтому наледи занимают иногда площади в несколько де-
сятков квадратных километров.
«Условия образования наледей, их распространение, скорость раз-
вития, продолжительность существования, а также процесс их таяния
определяются комплексом условий: расходом питающего источника, его
постоянством и постоянством мест выхода, наличием побочных источни-
ков питания, температурой воды, воздуха, глубиной сезонного промерза-
ния, снежным покровом, абсолютной высотой местности, рельефом, экс-
позицией, геологическим строением, тектоникой и пр.» (Вельмина, 1961).
Все эти факторы должны быть определены при изучении наледей. Зна-
чительную помощь в нахождении наледей оказывают аэрофотоснимки
(особенно выполненные в ранние летние месяцы) или облет территории
сразу после схода снежного покрова. Исследования наледей с целью
определения расходов питающих их источников и общих гидрогеологи-
ческих условий требуют систематического посещения наледей в течение
года для повторных наблюдений за динамикой роста, для отбора проб
воды и льда на химический анализ, определения температуры воды в ис-
точнике, фиксации наледных и криогенных явлений в районе образова-
ния наледей. При изучении источников подземных вод области распро-
странения многолетнемерзлых пород одним из основных вопросов, под-
лежащих выяснению, является годовой режим подземных вод, так как
сезонные колебания их дебита, температуры и химического состава во-
ды часто бывают более контрастными, чем вне этой области.
Необходимо установить, является ли место выхода источника пос-
тоянным или источник мигрирует в течение года в связи с промерзанием
или оттаиванием водовыводящего канала. Данные о закономерностях
перемещения выхода источника можно получить путем периодических
наблюдений, опроса местного населения, по результатам изучения не-
которых косвенных признаков, устанавливаемых летом и указывающих
на зимнее изменение места выхода источника.
Этими признаками являются: остатки нерастаявших наледей, угне-
тенная растительность и затянувшееся начало вегетации кустарников
и травы на участках прежнего распространения наледей.
Следует установить зависимость места выхода подземных вод от
формы рельефа, геологического строения и экспозиции. Последнее об-
стоятельство является нередко существенным, так как склоны, обра-
310
311
Таблица 30
Характеристика некоторых типов подземных вод, используемых для водоснабжения в области распространения многолетнемерзлых пород
Основные типы подземных вол	Подтипы	Геолого-структурные и геоморфологические особенности водонос- ных пород	Гидрогеологические условия	Примеры выделенного типа подземных вод	Основные виды поисковых и разведочных пород	Применимость для водоснабжения
Подземные воды зоны рас- пространения многолетне- мерзлых пород	1. Воды грунто- вые, частично про- мерзающие зимой. Залегают над тол- щей многолетне- мерзлых пород, надмерзлотные	Рыхлые четвер- тичные отложения, главным образом аллювиальные	Зимой нередко частич- но или полностью про- мерзают, при этом обра- зуется напор и иногда изменяется направление движения подземного по- тока	Широко развиты в долинах крупных рек	1. Гидрогеологическая съемка с проходкой шур- фов в пределах песчано- галечниковых речных террас	Для крупного водоснабжения не- применимы
			Сезонное промерзание сверху уменьшает мощ- ность водоносного слоя и создает криогенный на- пор, который не является показателем увеличения водообильности		2.	Разведочное буре- ние глубиной до 20— 50 м, редко глубже; главным образом по по- перечникам. 3.	Режимные наблюде- ния за источниками и скважинами. 4.	Опробование источ- ников и скважин, осо- бенно детальное в кри- тический период	
	2. Воды грунто- вые и коры выве- тривания коренных пород, непромер- зающие зимой. За- легают над тол- щей многолетне- мерзлых пород и в глубоких или сквозных таликах	Песчано-галечни- ковые подрусловые и подозерные ал- лювиальные отло- жения и трещино- ватые коренные породы	Существуют весь год в подрусловых и под- озерных таликах, имея тесную взаимосвязь с поверхностными и под- мерзлотными водами, не- напорные. Водоносный слой ограничен с боков мерзлыми породами, ко- торые обычно располо- жены вблизи от контура водотока или водоема	Широко разви- ты, особенно в хо- рошо фильтрую- щих породах под крупными водото- ками и водоемами	1. Гидрогеологическая съемка около рек и озер. 2. Разведка геофизиче- скими методами (элек- тропрофилирование, электрозондирование, микросейсмика, радио- кип) с целью оконтури- вания таликов.	Могут быть ис- пользованы для крупного водо- снабжения; воз- можно искусствен- ное пополнение подземных вод ле- том
312
Основные типы подземных вод	Подтипы	Геолого-структурные и геоморфологические особенности водонос- ных пород	Гидрогеологические условия
3. Воды корен-	Платформенные	Артезианские воды,
ных пород, низко-	области.	Пори-	пластовые, трещинные,
температурные. За-	стые, закарстован-	карстовые с температу-
легают непосред-	ные, трещинова-	рой около 0,2—53. В слу-
ственно под ннж-	тые коренные по-	чае минерализованных
нен поверхностью	роды	вод температура может
многолетнемерз-		быть ниже нуля.
лых пород различ-		Верхний водоупорной
ной мощности (до		кровлей служит мерзлая
200—400 м), под-		толща
мерзлотные		
Продолжение табл. 30
Примеры выделенного типа подзем ных вод	Основные виды поисковых и разведочных пород	Применимость для водоснабжения
Якутский арте- зианский бассейн	3. Разведочное бурение скважин до 20—50 я профилями около рек, по сетке около озер. Применяется бурение со льда. 4. Опробование сква- жин 1.	Разведка геофизиче- скими методами (элек- трозондирование, элек- тропрофилирование, сейс- моразведка, электрокаро- таж, раднокип) с целью определения мощности толщи многолетнемерз- лых пород. 2.	Разведочное и раз- ведочно-эксплуатацион- ное бурение до 300— 500 л/, желательное без применения промывки. Скважины закладывают- ся в зависимости от гео- структурных, гидрогео- логических и мерзлотных особенностей. 3.	Опробование вскры- тых водоносных горизон- тов, осложняющееся воз- можностью замерзания откачиваемой воды в стволе скважины	Пригодны для крупного водо- снабжения
4. Воды корен-
ных попод, низко-
температурные, за-
легают непосред-
ственно под ниж-
ней поверхностью
многолетнемерз-
лых пород или в
сквозных таликах
Горноскладча-
тые области. Тре-
щиноватые, пори-
стые, закарстован-
ные, тектонически
нарушенные ко-
ренные породы
Пластовые, трещинные,
жильные, карстовые под-
земные воды, обычно на-
порные, с температурой
около 1—5°. Часты по-
стоянно действующие ис-
точники. Верхней и не-
редко боковыми водо-
упорными поверхностями
являются мерзлые поро-
ды
5. Воды корен-	Платформенные	Артезианские, трещин-
ных пород зале-	н горноскладчатые	ные, карстовые, жиль-
гают значительно	области. Трещино-	ные подземные воды,
глубже нижней	ватые, пористые,	обычно высоконапорные
поверхности много-	закарстованные,	с температурой выше
летнемерзлых по-	тектонически на-	5—10°
род	рушенные корен-	
	ные породы	
со
со
Верхояно-Ко- лымский бассейн трещинных вод	1. Гидрогеологическая съемка с широким ис- пользованием аэрофото- съемки.	Наиболее при- годны для круп- ного водоснабже- ния
	2.	Разведочное и эксплу- атационное бурение до глубин, превышающих мощность мерзлых по- род (100—600 м), жела- тельно без применения промывки. 3.	Электрокаротаж скважин. Геофизические методы разведки по оконтуриванию тектони- ческих зон. 4.	Режимные стацио- нарные наблюдения за источниками и в сква- жинах. 5.	Опробование источ- ников и скважии, осо- бенно в критических пе- риодах	
Глубокие гори-	Обычные способы раз-	Пригодны
зонты северной ча-	ведки и опробования вне	крупного
сти Западно-Си-	зоны распространения	снабжения
бирского артезиан-	мерзлых пород в зави-	
ского бассейна	симости от гидрогеоло-	
гических условий
для
водо-
щенные к югу, обычно менее проморожены, чем северные, и к ним при-
урочены сквозные водоносные талики. При исследовании места выхода
источника большое внимание следует уделить оконтуриванию талика
около места выхода источника. Наиболее целесообразно произвести это
методами электроразведки (профилирование, зондирование).
Выяснение химического и газового состава воды источников в тече-
ние года в области многолетнемерзлых пород имеет особо важное зна-
чение, так как в связи с промерзанием и протаиванием некоторых водо-
носных горизонтов, питающих источник, сезонное изменение химического
состава подземных вод происходит более резко, чем вне этой области.
В критический период химический и газовый состав воды источника наи-
более полно характеризует генезис основного водоносного горизонта, пи-
питающего источник. Также важно периодически в течение года изучать
изменения температуры подземных вод, причем особенно показательны
измерения температуры в критический период. При рассредоточенных
выходах воды измерения производят в различных местах, что позволяет
уточнить место выхода коренной струи.
Изменение дебита источника производят в различные сезоны, при-
чем наиболее показательны расходы критического периода. Обычно эти
величины являются минимальными в течение всего года. Однако в неко-
торных случаях летние дебиты источников могут быть меньше зимних
(например, при растекании восходящей струи подмерзлотных вод по
слою оттаявшего аллювия). Зимой определение расхода источника не-
редко производят способом периодического измерения объема льда на-
леди, растущей около источника. Это может быть сделано способом пов-
торной крупномасштабной топографической съемки, измерением толщи-
ны льда по заранее( с осени) установленным мерным вехам, пробивкой
лунок и др.	1
Полученные данные не всегда отражают действительный расход
источника, так как часть воды может не замерзать, а стекать в виде
подналедного стока (поверхностного или подземного).
При изучении гидрогеологических условий территории и выяснении
возможностей водоснабжения за счет подземных вод в области
многолетнемерзлых пород существенное значение имеет выяснение осо-
бенностей распространения и водообильности таликов. Таликами приня-
то называть ограниченные мерзлыми породами массивы горных пород,
имеющих положительную температуру. Если площадь немерзлых пород
преобладает над площадью распространения многолетнемерзлых пород,
то различают талики, расположенные внутри массивов мерзлых пород,
и немерзлые породы, окружающие «острова» мерзлых пород (южная
зона многолетнемерзлых горных пород). Обнаружение таликов, их окон-
туривание и выяснение водоносности представляет сложную задачу. Для
выявления таликов и ряда других явлений, связанных с мерзлыми поро-
дами, применяются методы дешифрирования аэрофотоснимков (по мик-
рорельефу, растительности), геофизические методы (электропрофилиро-
вание, электрозондирование, сейсморазведка и микросейсморазведка),
наземная гидрогеологическая съемка (желательно в критический период
и в период максимального оттаивания) и, наконец, проходка горных
выработок.
Наиболее существенными признаками устойчивых таликов явля-
ются:
а)	крупные не промерзающие до дна водоемы и водотоки (подозер-
ные, подрусловые, пойменные талики);
б)	источники подземных вод, мощные и постоянно действующие
сезонные и многолетние наледи (гидротермальные, тектонические та-
лики);
в)	локальные участки относительно теплолюбивой растительности —
тополь, береза, осина, сосна, ель, густое разнотравье (инсоляционные
314
и инфильтрационные склоновые и пойменные талики), густые ивовые за-
росли (инфильтрационные подрусловые талики), выделяющиеся на фо-
не тундры, лиственичной тайги или степной растительности.
Водообилие таликов определяется обычными гидрогеологическими
методами (измерение расхода источников, откачка из горных вырабо-
ток), причем при выборе времени для этих работ, места и количества
объектов наблюдения необходимо учитывать указанные ранее особен-
ности режима подземных вод области многолетнемерзлых пород. Опре-
деление водообильности таликов в критический период является наибо-
лее показательным.
До настоящего времени не разработаны еще расчетные схемы, оп-
ределяющие различные свойства водоносных горизонтов, в том числе
и величину запасов вод среди многолетнемерзлых пород. Это связано,
очевидно, с тем, что не проводится достаточно детальных комплексных
гидрогеологических исследований для действительно крупного водоснаб-
жения, основанного на использовании только подмерзлотных вод. Пост-
роенные в области распространения многолетнемерзлых пород водоза-
боры подземных вод обычно в той или иной степени используют также
и поверхностные воды.
Трудность в составлении расчетных схем заключается в сезон-
ном изменении значений некоторых величин, характеризующих водонос-
ный горизонт: глубины залегания мерзлого водоупорного слоя, темпе-
ратуры воды, величины напора и других показателей, о чем упомина-
лось выше.
Здесь могут быть сделаны лишь следующие рекомендации по при-
мерному схематическому расчету эксплуатационных запасов подземных
вод, основанные на некоторой аналогии между особенностями водонос-
ных горизонтов, распространенных в мерзлой зоне и вне ее.
Расчеты для аллювиальных водоносных горизонтов частично пере-
мерзающих зимой (первый и второй подтипы, см. табл. 30), можно про-
водить аналогично расчету для водоносных отложений частично пере-
сыхающих долин (см. главу XIX), т. е. для условий переменной (в тече-
ние года) мощности водоносного горизонта. Однако глубокое промер-
зание водоносного горизонта сопровождается нередко образованием
криогенного напора.
Для расчета эксплуатационных запасов подмерзлотных вод арте-
зианских бассейнов (третий подтип, см. табл. 30) можно принять схему,
применяемую при расчете неограниченного пласта (см. главу II). Неко-
торым изменением глубины залегания нижней поверхности толщи мно-
голетнемерзлых пород во времени, имеющим большое генетическое зна-
чение, при подсчете можно пренебречь.
Расчет подмерзлотных трещинных вод (четвертый подтип, см. табл.
30) может быть проведен по схемам, применяемым для трещинных вод
вне мерзлой зоны.
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВЕДКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ОБЛАСТИ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД
В области распространения многолетнемерзлых пород механическое
бурение гидрогеологических разведочных и эксплуатационных скважин
имеет некоторые осложняющие особенности, которые должны быть уч-
тены при проектировании разведки подземных вод. Эти особенности
обусловлены тем, что в стволе скважины промывочная жидкость может
замерзнуть при прекращении циркуляции ее всего на несколько часов,
а также тем, что проходимые льдонасыщенные грунты, устойчивые
в мерзлом состоянии, при оттаивании в процессе бурения теряют
315
прочность. И то и другое обстоятельство может привести к сложной
аварии (Марамзин, 1958).
В зависимости от цели бурения, времени года, температуры и ус-
тойчивости проходимых пород в качестве промывочной жидкости может
применяться вода (пресная или подсоленная) или глинистый раствор.
Если разбуриваемые мерзлые породы относятся к крепким скальным
и полускальным, то для промывки можно применять воду, имеющую
любую температуру, так как не произойдет существенного разрушения
стенок ствола в результате некоторого обогревания таких пород.
Если бурение производится в толще мерзлых осадочных пород без
включения сухих сыпучих отложений, то для промывки скважины можно
применять подсоленную воду, охлажденную до отрицательной темпера-
туры («Полевые геокриологические мерзлотные исследования», 1961).
Однако трудность поддерживания температуры промывочной жидкости,
близкой к температуре проходимых мерзлых пород, обычное оползание
стенок скважины при нарушении их температурного режима, замерзание
пресной воды — все это делает бурение мерзлых пород с промывкой
(водой или глинистым раствором) недостаточно эффективным.
Более прогрессивен для бурения скважин в мерзлых породах способ
вращательного бурения с продувкой ствола сжатым воздухом (Елма-
нов и др., 1958; Марамзин, 1958; «Полевые гидрогеологические исследо-
вания», 1961). Этот способ имеет следующие преимущества: устраняю-
тся расходы на доставку воды и приготовление соляного или глинисто-
го раствора; исключаются аварии, вызываемые замерзанием промы-
вочной жидкости и оползанием стенок, существенно улучшаются усло-
вия для изучения температуры многолетнемерзлых пород, так как ствол
скважины остается сухим, почти не происходит изменения температур-
ного режима проходимых пород и уточняется отбивка кровли водонос-
ного горизонта. Кроме того, значительно улучшаются условия труда бу-
ровых бригад. Бурение вскрытых подмерзлотных водоносных пород дол-
жно продолжаться обычным способом с промывкой.
Гидрогеологические наблюдения в буровых скважинах, пробуренных
в области многолетнемерзлых пород, имеют некоторые особенности по
сравнению с аналогичными работами вне этой области.
В скважине, бурящейся с промывкой, помимо общепринятых гидро-
геологических наблюдений необходимо вести систематические (не реже
двух раз в смену) измерения температуры входящей и выходящей струй
промывочной жидкости. Эти данные дают только самое общее представ-
ление об изменении гидрогеологического и температурного режима бу-
римой толщи пород. Рекомендуется составлять график, на который си-
стематически наносят величины температуры входящей и выходящей
промывочной жидкости. В зоне нижней поверхности толщи мерзлых по-
род обычно наблюдается изменение во взаимоположении этих кривых
температуры промывки. Осредненные величины температуры промывоч-
ной жидкости могут быть использованы для приближенного определе-
ния степени нарушения естественного температурного поля.
В процессе бурения полученный керн необходимо осматривать неме-
дленно после его извлечения, так как в трещинах и порах пород может
сохраниться лед. Химический анализ этих включений дает представле-
ние о составе подземной воды в период формирования мерзлой толщи,
что может помочь в выяснении генетических особенностей подмерзлот-
ных вод.
При опробовании скважин большое внимание следует уделить оп-
робованию пород, слагающих нижнюю часть многолетнемерзлой толщи,
и контактирующих с ними талых отложений, залегающих ниже, так как
полученные сведения о гидрогеологических особенностях этой сложной
переходной зоны позволяют решить наиболее трудный вопрос о взаи-
мовлиянии мерзлых пород и водоносных горизонтов (образование крио-
316
генного напора, сезонные изменения положения нижней поверхности
мерзлых толщ и др.).
Как правило, откачки из скважин, пройденных в многолетнемерз-
лых породах, особенно при большой их мощности и низкой температуре,
должны проводиться весьма интенсивно с наименьшими перерывами.
Нередко только форсированной откачкой удается предотвратить замер-
зание воды. Перед началом откачки рекомендуется прогреть ствол сква-
жины путем циркуляции горячей воды или паром.
В области распространения многолетнемерзлых пород совершенно
особую роль приобретают некоторые вопросы, связанные с трудностями
эксплуатации подземных вод. Эта специфичность эксплуатации, которая
должна учитываться гидрогеологами, изучающими данное месторожде-
ние подземных вод, обусловлена тем, что здесь подземные воды могут
замерзнуть как в самом источнике, предназначенном для водоснабже-
ния ( в сооружении, каптирующем выход воды, в скважине или колод-
це), так и в водоразводящих трубах, заложенных в слое сезонного про-
мерзания или в многолетнемерзлых породах.
Наиболее подвержена замерзанию вода в скважинах, вскрываю-
щих мощную толщу низкотемпературных многолетнемерзлых пород (ни-
же минус 3—4°), при условии, что уровень напорной подмерзлотной во-
ды устанавливается в зоне мерзлых пород, особенно в интервале, где
температура их наиболее низкая. При самоизливе или непрекращаю-
гцейся откачке из скважины замерзания столба воды не происходит.
В перерыве откачки, особенно в первый период эксплуатации под-
мерзлотных вод, может происходить замерзание, образование ледяной
пробки. Однако в процессе длительной откачки вокруг ствола скважины
обычно образуется массив талых пород, который предохраняет ствол
скважины от замерзания в период перерыва. Время минимально допус-
тимых перерывов в период образования талика в настоящее время не
поддается расчету, так как оно зависит от большого количества усло-
вий — мощности, температуры, льдистости мерзлых пород, химического
состава воды, времени и способа откачки и т. п. В суровых мерзлотных
условиях через несколько месяцев откачки перерыв может быть дове-
ден до нескольких часов и даже суток, что недопустимо в первые месяцы
откачки. После многомесячной интенсивной откачки, когда образуется
устойчивый талик вокруг ствола скважины, перерывы в откачке могут
быть весьма продолжительными.
Предохраняет от замерзания воды в неэксплуатируемой скважине
постоянный слив в нее небольшого количества воды (1—2 м3/час) из
запасного резервуара или ближайшего водоема. Струя воды с темпера-
турой на несколько градусов выше нуля, создает достаточный конвек-
тивный теплообмен в столбе воды, предупреждающий замерзание.
Другой способ предохранения от замерзания заключается в про-
греве ствола скважины электрообогревателем (типа бытового элек-
трокипятильника), опущенном между насосными и обсадными трубами
ниже подошвы многолетнемерзлых пород. Наконец, при необходимости
длительной консервации бездействующей скважины в незамерзшем со-
стоянии применяется способ засоления воды раствором поваренной соли
для понижения температуры замерзания воды. В скважину сливается
концентрированный раствор в объеме, рассчитанном в соответствии
с минимальной температурой многолетнемерзлых пород, мощностью их,
объемом столба воды. Засоление воды может осуществляться также пу-
тем опускания в скважину «гирлянды», состоящей из привязанных
к тросу небольших полотняных мешочков с поваренной солью.
Все эти способы предохранения воды от замерзания в той или иной
степени нарушают естественный режим подземных вод, вскрытых сква-
жиной, поэтому при проведении гидрогеологических наблюдений в них
необходимо выбирать такой способ, который в меньшей степени пару-
317
шает тот элемент режима, который является в данном случае наиболее
важным, — уровень, химический состав или температура воды.
В случае замерзания воды в скважине восстановить ее можно раз-
буриванием ледяной пробки, оттаиванием льда, спуском буровых штанге
постоянной циркуляцией по ним воды (холодной или горячей) или пара.
Все перечисленное показывает, что опробование гидрогеологичес-
ких скважин в области распространения многолетнемерзлых пород, а
тем более изучения режима подземных вод, особенно при значительной
мощности толщи этих пород, является сложной операцией требующей
тщательной подготовки.
Вследствие того, что в области распространения многолетнемерзлых
пород связь поверхностных и подземных вод затруднена и в целом усло-
вия питания подмерзлотных вод ограниченны, последние нередко обла-
дают пониженными (против обычных условий) ресурсами, и длительная,
непрерывная эксплуатация их может привести к быстрому снижению
уровня. Для двух первых подтипов подземных вод (см. табл. 30), т. е.
вод грунтовых и коры выветривания, и реже для вод третьего подтипа,
особенно существенное снижение можно ожидать в критический период.
Для восполнения сработанных подмерзлотных вод необходимо по-
полнить их. На Северо-Востоке СССР водоснабжение многих предприя-
тий и населенных пунктов является комбинированным: в теплый период
года используются поверхностные воды, а зимой, когда они перемер-
зают (во многих случаях полностью), — подземные. Поэтому летом по-
верхностные воды спускают в подрусловый талик в области, располо-
женной выше водозабора. В качестве поглощающих колодцев исполь-
зуются буровые скважины, заброшенные шахты. Поверхностную воду
спускают самотеком. Особенно эффективно увеличение количества под-
мерзлотной воды в случае замкнутого или частично замкнутого артези-
анского бассейна межгорного типа. А. И. Калабин (1960) приводит при-
мер такого восполнения подмерзлотных вод, при котором в одну сква-
жину диаметром 90 мм за период с июня по ноябрь было слито около
50 тыс. Л£3 воды, а зимой выкачано около 75% этого количества.
Искусственное пополнение ресурсов подземных вод является эффек-
тивным и в случае истощения вод аллювиальных отложений подрусло-
вых таликов. С этой целью могут быть применены различные способы
(Калабин, 1960):
а)	создание или расширение талика выше водозабора для увеличе-
ния возможности питания водоносного горизонта за счет поверхностных
вод;
б)	устройство выше водозабора системы водонепроницаемых пере-
мычек, прорезающих верхнюю часть водоносного горизонта, с целью
уменьшения скорости подземного потока (частичный барраж);
в)	устройство временных запруд в русле выше водозабора для соз-
дания таликов;
г)	возведение мерзлотных поясов, водонепроницаемых перемычек
ниже водозабора и другие способы.
А.	И. Калабин приводит схему каптажа подземных вод подрусло-
вого и пойменного талика на одной из рек Северо-Востока СССР, при
котором выше водосборной галереи, заложенной перпендикулярно к на-
правлению долины, сбрасывается горячая вода с электростанции. Та-
ким образом расширяется водоносный талик, улучшаются пути для про-
никновения в глубь поверхностных вод и одновременно охлаждается ци-
ркуляционная вода (рис. 52).
Для суждения об эффективности искусственного восполнения под-
земных вод при наличии многолетнемерзлых пород требуется, кроме
обычного детального изучения гидрогеологических условий данного уча-
стка с выявлением мощности водоносного пласта, коэффициентов филь-
трации пород, скорости потока, уклона его и т. п., также выяснения ря-
318
да мерзлотных характеристик: мощности слоя сезонного промерзания
и протаивания, мощности многолетнемерзлых пород, их температуры,
льдистости, распределения таликов и их мощности, режима водоносного
талика. Эти сведения получают при геофизических исследованиях, бу-
рении и опробовании разведочных скважин и в результате режимных
наблюдений.
При изучении гидрогеологических условий того или иного место-
рождения подземных вод, расположенного в области распространения
многолетнемерзлых пород, приходится в значительно большей степени,
чем в обычных условиях, обращать внимание на инженерно-геологичес-
кие свойства пород, слагающих данную территорию. Это определяется
Рис. 52. Схема каптажа подземных вод подруслового и пойменного талнка с ис-
кусственным расширением талика (по А. И. Калабину, I960)
1 — русло полностью промерзающей реки; 2 — горизонтали; 3— подрусловой и
пойменный талнкн средн многолетнемерэлых пород
/ — электростанция; // — наносная станция; /// — подземная каптажная галерея;
/V — водовод, сбрасывающий горячую циркуляционную воду; V — поглощающая
скважина
гем, что мероприятия, связанные с откачкой воды и ее транспортировкой
по открытым каналам или трубопроводам, может привести к оттаива-
нию и существенной деформации пород, особенно льдонасыщенных пес-
чано-глинистых грунтов.
Деформации могут коснуться пород затрубного пространства экс-
плуатационной скважины и вызвать неполадки в обсадных трубах (сос-
кальзывание их вглубь, перекос, вмятины). По трассе водовода в связи
с искусственным изменением температуры и влажностного режима ок-
ружающих пород могут происходить просадки, оползни и пучения.
Необходимо обращать серьезное внимание на инженерно-геологиче-
ские свойства пород в районе водозабора и по линии возможных водо-
водов, в частности на криогенное строение пород, их температуру, льди-
стость, глубину оттаивания и промерзания, величину осадки при оттаи-
вании и другие свойства (Чернышев, 1933; Арсеньев, 1956). Особенно
большое внимание следует обратить на выявление линз льда и сильно
льдистых грунтов, оттаивание которых, особенно в случае прокладки
подземных или полуподземных отепленных каналов для водопроводных
труб, может привести к большим деформациям сооружения.
В условиях распространения многолетнемерзлых пород одним из
специфических требований к укладке водопроводных сетей является то,
что необходимо обеспечить обязательное движение воды на всем протя-
жении сети (Вершинин, 1963; Суворов, 1963). Лишь в конечной точке
водопроводной сети вода может иметь температуру, близкую к 0°. Во-
обще, чем больше диаметр водопровода, тем более низкую температуру
воды, движущейся по трубам, можно допустить.
ЛИТЕРАТУРА
Абрамов С. К., Бабушкин В. Д. Методы расчета притока воды к буро-
вым скважинам. Госстройиздат, 1955.
Абрамове. К-, Семенов М. П., Чалищев А. М. Водозаборы подземных
вод. Госстройиздат, 1956.
Аверьянов С. Ф. Рассоляющее действие фильтрации из каналов. В кн.:
«Влияние орошения иа режим грунтовых вод». Изд. АН СССР, 1959.
Альтове к ий М. Е. Методика гидрогеологических изысканий в целях водо-
снабжения. ОНТИ, 1936.
Альтовский М. Е. Методическое руководство по расчету взаимодействую-
щих артезианских и грунтовых водозаборов. Госгеолиздат, 1947.
Анатольевский П. А., Малоян А. В., Шнееров О. М. Технология бу-
рения скважнн на воду. Гостоптехиздат, 1962.
Анатольевский П. А., Шнееров О. М. Гидрогеологические наблюдения
при бурении и опробовании скважин для водоснабжения. Госстройиздат, 1959.
Аполлов Б. А. Учение о реках. Изд-во МГУ, 1963.
Аравин В. И., Н у м е р о в С. Н. Теория движения жидкостей и газов в иеде-
формируемой пористой среде. Гос. изд. техн.-теор. лит., 1953.
Арсеньев В. Н. Проблемы водоснабжения и канализации на Аляске. Бюлл.
иностр, науч.-техн, информ., № 2 (40). М.—Л., 1956.
Бабушкин В. Д. Определение водопроницаемости анизотропных пород мето-
дом опытных откачек. «Разведка и охрана недр», 1954, № 6.
Бабушкин В. Д., Глазунов И. С., Гольдберг В. М. Основные принципы
эксплуатации и оценки запасов крупных линз пресных вод. Госгеолтехиздат, 1962.
Бабушкин В. Д., Глазунов И. С., Гольдберг В. М. Режим эксплуа-
тации линз пресных вод и основные положения по оценке эксплуатационных запасов.
Тр. ВСЕГИНГЕО, сб. № 20. Госгеолтехиздат, 1962.
Бабушкин В. Д., Глазунов И. С., Шевченко Н. Г. Метод подсчета
эксплуатационных запасов для водозаборов, расположенных в районах крупных линз
пресных вод. «Разведка и охрана недр», 1958, № 8.
Бабушкин В. Д., Глазунов И. С., Шевченко Н. Г. Метод эксплуатации
крупных линз пресных вод спаренными скважинами и оценка эксплуатационных запа-
сов водозаборов. Докл. к собранию Междунар. ассоц. гидрогеол. Госгеолтехиздат,
1960.
Бабушкин В. Д„ Раевский С. П. Определение фильтрационной анизотро-
пии водоносных пород опытной откачкой. «Разведка и охрана недр», 1957, № 1.
Балков В. А. Методика изучения влияния карста на сток рек (на примере
Кунгуро-Иреньского карстового района). Сб. «Методика изучения карста», вып. 8
(Гидрология карста). Пермь, 1963.
Баранов В. А., Попов Л. Н. Определение запасов подземных карстовых
вод гидрогеологическими расчетами. Изд. ВНИИ ВОДГЕО, 1962.
Белицкий А. С., Дубровский В. В. Проектирование разведочно-эксплуа-
тационных скважин для водоснабжения. Изд-во «Недра», М., 1964.
Берг Л. С. Ландшафтно-географические зоны СССР, ч. 1. Сельхозгиз, 1931.
Би и деман Н. Н. (при участии Анохиной К. Т.). Определение гидрогеологиче-
ских параметров по данным наблюдений за режимом грунтовых вод при паводках.
Изд. ВОДГЕО, 1957.
Б и н д е м а н Н. Н. Об искусственных запасах подземных вод. Бюлл. ОНТИ,
№ 1 (29). Госгеолтехиздат, 1961.
Биидеман Н. Н. К определению естественных запасов подземных вод. «Раз-
ведка и охрана недр», 1962, № 1.
Б ин де мая Н. Н. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод. Госгеол-
техиздат, 1963.
320
Бобрышев А. Т. Разведка подземных вод для крупных водозаборов. «Раз-
ведка и охрана недр», 1964, № 12.
Бочевер Ф. М. О постановке опытных откачек в условиях неустановившегося
движения для определения гидрогеологических параметров. «Разведка и охрана
недр», 1956, № 12.
Бочевер Ф. М. Типизация гидрогеологических условий для целей расчета
эксплуатационных запасов подземных вод. «Советская геология», 1958, № 9.
Бочевер Ф. М. Неустановившийся приток грунтовых вод к скважине в доли-
нах рек. Изв. АН СССР, отд. техн, наук., № 1, 1959.
Бочевер Ф. М. Неустановившийся приток грунтовых вод к линейному ряду
скважии в артезианских бассейнах. Изв. АН СССР, отд. техн, наук, № 1, 1960.
Бочевер Ф. М. Расчет сработки запасов грунтовых вод в долинах рек засуш-
ливых областей. Тр. Лаборатории инженерной гидрогеологии ВОДГЕО, сб. № 3.
Госстройиздат, М., 1960.
Бочевер Ф. М. Приближенные гидрогеологические расчеты крупных водоза-
боров и водопонизительных установок. Изд. ВНИИ ВОДГЕО, 1961.
Бочевер Ф. М. К оценке эксплуатационных запасов подземных вод в ограни-
ченных по площади водоносных пластах. «Разведка и охрана недр», 1962, № 11.
Бочевер Ф. М. Гидрогеологические расчеты крупных водозаборов подземных
вод и водопонизительных установок. Госстройиздат, 1963.
Бочевер Ф. М. Расчет водозаборных и водопонизительных скважин в «закры-
тых пластах». Акад, строительства и архитектуры СССР, сб. 5. Госстройиздат, 1963.
Бочевер Ф. М. К расчетам скважин в неглубоких напорных водоносных пла-
стах артезианских бассейнов. Тр. ВОДГЕО, вып. 6, (Гидрогеология), 1964.
Бочевер Ф. М., Алексеев В. С. Оценка сопротивления водозаборных сква-
жин по опытным п эксплуатационным скважинам. «Разведка и охрана недр», 1965,
№ 3.
Бочевер Ф. М., Веригин Н. Н. Методическое пособие по расчетам эксплуа-
тационных запасов подземных вод для водоснабжения. Госстройиздат, 1961.
Бочевер Ф. М., Гармонов И. В., Лебедев А. В., Шестаков В. М.
Основы гидрогеологических расчетов. Изд-во «Недра», 1965.
Бочевер Ф. М„ Кожевникова Е. А. О методике оценки запасов подзем-
ных вод для водоснабжения в долинах рек Центрального Казахстана, «Разведка и
охрана недр», 1957, № 9.
Бочевер Ф. М. Оценка производительности водозаборов в долинах рек с уче-
том несовершенства, заиленности и неоднородности русловых отложений. Тр. ВОДГЕО,
1966.
Бочевер Ф. М., Язвин Л. С. Неустановившееся напорно-безнапорное движе-
ние подземных вод к водозаборам. Акад, строительства и архитектуры СССР, сб. 5.
Госстройиздат, 1963.
Буданов Н. Д. Ресурсы подземных вод Урала. В кн.: «Природные условия
и естественные ресурсы СССР». Ии-т геогр. АН СССР, 1963.
Буданов Н. Д. Гидрогеология Урала. Изд-во «Наука», 1964.
Булдей В. Р., Шаманский В. Е. Расчет водопонижения при помощи элек-
трических моделей. Госстройиздат УССР, 1961.
Вевиоровская М. А., Кравченко И. П. н др. Методы аналогий приме-
нительно к фильтрационным расчетам. Изд. МГУ, 1962.
В ель мин а Н. Д. Каптаж подземных вод в условиях вечной мерзлоты. Изд-во
АН СССР, М„ 1952.
В ель мин а Н. Д. Наледи. В сб.: «Полевые гидрогеологические (мерзлотные)
исследования». Изд. АН СССР, 1961.
Веригин Н. Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород.
Госстройиздат, 1962.
Вершинин А. Д. Водоснабжение в условиях Крайнего Севера и специальная
незамерзающая арматура, созданная в Норильске. В сб. «Строительство на вечномерз-
лых грунтах», т. III. Красноярск, 1963.
Викторов С. В. Использование геоботанического метода при геологических и
гидрогеологических исследованиях. Изд. АН СССР, М., 1955.
Викторов С. В., Востокова Е. А. Основы индикационной геоботаники.
Госгеолтехиздат, М., 1961.
Викторов С. В., Востокова Е. А., Вышивкин Д. Д. Введение в инди-
кационную геоботанику. Изд. МГУ, М., 1962.
Владимиров Л. А. К методике исследов. режима стока карстовых вод
в горной области. Сб. «Методика изучения карста», вып. 8 (Гидрология карста),
Пермь, 1963.
Воздвиженский Б. И., Волков С. А. Колонковое разведочное бурение.
Госгеолтехиздат, 1957.
Волынский Б. А., Бухман В. Е. Модели для решения краевых задач.
Физматгиз, 1960.
Востокова Е. А. Геоботанические методы поисков подземных вод в засушли-
вых областях Советского Союза. Госгеолтехиздат, М., 1961.
21 Зак. 627	321
Гавич И. К. К вопросу моделирования водопритока к скважинам на гидрав-
лическом интеграторе В. С. «Лукьянова. Тр. 6-го Всесоюзного координационного со-
вещания по неустановившейся фильтрации. Изд. ВНИИГ, 1965.
Гармонов И. В. и Каменский Г. Н. Карты водопроводимости и динами-
ческих запасов грунтовых вод в Пехорско-Купавинском районе близ Москвы Тр
I Всесоюзн. гидрогеол. съезда, сб. 6. Горгеонефтеиздат, 1933.
Гармонов И. В., Иванов А. В. и др. Подземные воды юга Западно-Сибир-
ской низменности и условия их формирования. Тр. Лаборат. гидрогеол. проблем
АН СССР, т. XXVII. Изд. АН СССР, 1960.	р
Гейнц В. А. Некоторые особенности регулирования стока поверхностных и под-
земных вод на конусах выноса. Тр. III Всесоюзн. гидролог, съезда, т. 9. Гидрометео-
издат, М., 1959.
Гольдберг В. М. Прогноз изменения минерализации воды, отбираемой из
пресных линз. Бюлл. науч.-техн. информ. МГиОН СССР, 19621, № 8 (42).
Гольдберг В. М. Изменение минерализации воды при эксплуатации неболь-
ших линз пресных вод в условиях подсасывания соленой воды снизу. Бюлл. иауч,-
техн. информ. МГиОН СССР, 19622, № 10 (44).
Гольдберг В. М. Изменение минерализации подземных вод при эксплуата-
ции береговых водозаборов. «Разведка и охрана недр», 19631, № 12.
Гольдберг В. М. О прогнозе изменения минерализации при эксплуатации
подземных вод в условиях подсасывания соленых вод в плане. Сб. ВСЕГИНГЕО
19632, № 23.
Гутенмахер Л. И. и др. Руководство к электроинтеграторам типа ЭН-12.
Изд. АН СССР, 1953.
Демидова Л. С., Шавырина А. В., Кузина 3. М., Фадеева О. И.,
Левин В. Л. Опыт использования геоботанического метода при гидрогеологических
исследованиях на Черных землях. Тр. Всесоюзн. аэрогеолог, треста, вып. 1. Госгеол-
техиздат, М., 1955.
Дружинин Н. Н. Метод ЭГДА и его применение к исследованию фильтрации.
Госэнергоиздат, 1956.
Дубровский В. В., Керченский М. М., Плохое В. И., Сиднев Я. А.
Справочник по бурению и оборудованию скважин иа воду. Изд-во «Недра», 1964.
Евтушенко В. А., Николаев Н. С. Аналоговая машина УСМ-1. В сб.:
«Аналит. методы исследов. и матем. моделиров. горных процессов», 1963.
Елманов И. М., Ильин И. Н. Бурение скважин с очисткой забоя сжатым
воздухом. Якутск, 1958.
Ефимов А. И. Особенности гидрогеологических наблюдений в области распро-
странения многолетнемерзлых горных пород. В сб.: «Методическое руководство по
гидрогеологической съемке масштаба 1:25 000—1:10 000». Госгеолтехиздат, 1962.
Зекцер И. С. Естественные ресурсы пресных подземных вод. Изд. МГУ,, 1964.
Инструкция по применению классификации эксплуатационных подземных вод.
Гос. комиссия по запасам полеэн. ископ. при СМ СССР. Госгеолтехиздат, 1962.
Инструкция по установлению зон санитарной охраны хозяйственно-питьевых во-
дозаборов с подземными источниками водоснабжения (утверждена зам. гл. гос. санит.
инспектора СССР 7/VII 1956 г., № 219—56).
Исаченко А. Г. Основные вопросы физической географии. Изд. ЛГУ, 1953.
Калабин А. И. Подземные воды Северо-Востока СССР. Тр. ВНИИ-1, вып. 9.
Магадан, 1958.
Калабин А. И. Вечная мерзлота и гидрогеология Северо-Востока СССР. Тр.
ВНИИ-1, т. XVIII, вып. 20. Магадан, 1960.
Калугин С. К. К методике определения запасов трещинных и трещинно-кар-
стовых вод. Вести. АН Каз. ССР, № 7, 1954.
Каменский Г. Н., Биндеман Н. Н., Вивиоровская М. А., Альтов-
с к и й М. Е. Режим подземных вод. Изд. ОНТИ. М., 1938.
Каменский Г. Н. Основы динамики подземных вод. Госгеолиздат, 1943.
Каменский Г. Н. Инструкция по определению водопроводимости горных по-
род методом опытных нагнетаний. Госгеолиздат, 1946.
Каменский Г. Н. Гидрогеологические исследования и разведка источников
водоснабжения. Госгеолиздат, 1947.
Каменский Г. Н. Инструкция по производству гидрогеологических исследова-
ний для водоснабжения. Госгеолиздат, 1947.
Каменский Г. Н. Поиски и разведка подземных вод. Госгеолиздат, 1947.
Карплюс У. Моделирующие устройства для решения задач теории поля.
Изд. иностр, лит., 1962.
Керченский М. М., Плохое В. И. Бурение скважин на воду. Гостоптех-
издат, 1958.
Климентов П. П. Методика гидрогеологических исследований. Госгеолтех-
издат, 1961.
Ковалевский В. С. Некоторые закономерности влияния климатических фак-
торов на режим подземных вод. «Разведка и охрана недр», 1960, № 12.
Коноплянцев А. А. Определение водопроводимости массивов трещинно-
карстовых пород. Бюлл. науч.-техн. информ. МГиОН, № 3 (37). 1962.
322
Крылов А. П., Белаш П. М. и др. Проектирование разработки нефтяных
месторождений. Электрические модели. Методика применения электрических моделей
для гидродинамических расчетов. Гостоптехиздат, 1962.
Куделин Б. И. Гидрогеологический анализ и методы определения подземного
питания рек. Тр. Лаборат. гидрогеол. проблем АН СССР, № 5, 1949.
Куделин Б. И. Принципы региональной оценки естественных ресурсов под-
земных вод. Изд-во МГУ, 1960.
Кунин В. Н., Лещинский Г. Т. Временный поверхностный сток и искус-
ственное формирование грунтовых вод в пустыне. Изд-во АН СССР, М., 1960.
Лещинский Г. Т. Сбор с такыров и такыровидных водосборов. Сб. «Ашха-
бад» (гидромет. обсерват.), вып. 1, 1958.
Линзы пресных вод пустыни. Изд-во АН СССР, М., 1963.
Лукин В. С. Особенности стока н карстового процесса в речных долинах
Кунгурского района. Спец, вопросы карстоведеиия. М., 1962.
Лукьянов В. С. Гидравлические приборы для технических расчетов. Изв.
АН СССР, ОТН, № 2, 1939.
Лучшева А. А. Практическая гидрометрия. Гидрометеоиздат, 1954.
Лучшева А. А. Практическая гидрология. Гидрометеоиздат, 1959.
Л ы к о ш п н А. Г. Трещины бортового отпора. Бюлл. МОИП, отд. геол.,
т. XXVIII (4), 1953.
Л ыкошин А. Г. Пявлевская плотина на р. Уфе. Сб. «Геология и плотины».
Госэнергоиздат, т. I, 1959.
Лялько В. И., Шнейдерман Г. А. Комплексный метод оценки взаимокор-
ректировки и прогноза изменения основных параметров подземных потоков с исполь-
зованием теории тепломассообмена и электромоделироваиия при сокращенном объеме
опытно-разведочных работ. Изд. АН УССР, Киев, 1964.
Мар а мз ин А. В. Бурение скважин в условиях Крайнего Севера (в много-
летней мерзлоте). Госгеолтехиздат, М.—Л., 1958.
Маскет М. Течение однородной жидкости в пористой среде. Гостоптехиздат.
1949.
Мельников П. И., Ефимов А. И. Опыт эксплуатации подземных вод
в области вечной мерзлоты Центральной Якутии. Изд-во АН СССР, М., 1953.
Минкин Е. Л. Гидрогеологические расчеты для выделения зои санитарной
охраны водозаборов подземных вод. Изд-во «Недра», 1966.
М я т и е в А. Н. Напорный комплекс подземных вод и колодцы. Изв. АН СССР,
отд. техн, наук, № 9, 1947.
Николаев Н. С., Козлов Э. С. и др. Аналоговая математическая машина
УСМ-1. Машгиз, М., 1962.
Огильви А. А. Основные вопросы изучения карста методами геофизики. Те-
зисы докл. на совещ. по изуч. карста, М., 1956.
Плотников Н. А. Классификация ресурсов подземных вод для целей водо-
снабжения и методика их подсчета. Госгеолиздат, 1946.
Плотников Н. И. Некоторые особенности формирования естественных за-
пасов подземных вод полупустынных зон. Бюлл. МОИП, ч. 3, 1954.
Плотников Н. И. и др. Подземные воды рудных месторождений. Металлург-
издат, 1957.
Плотников Н. И. Водоснабжение горнорудных предприятий. Госгеолтех-
издат, 1959.
Плотников Н. И. К методике разведки напорных вод артезианских бассей-
нов. «Разведка и охрана недр», 1961, № 1.
Плотников Н. И. Поиски и разведка пресных подземных вод для целей
крупного водоснабжения, часть I и II. Изд-во МГУ, 1965, 1968.
Подземный сток на территории СССР. Под ред. Б. К. Куделина. Изд-во МГУ,
1966.
Полевые геокриологические (мерзлотные) исследования. Методическое руковод-
ство. Изд-во АН СССР, М., 1961.
Поляков Б. В. Гидрологический анализ и расчеты. Гидрометеоиздат, Л., 1946.
Попов Л. Н., Баранов В. А. Определение запасов подземных карстовых вод
гидрогеологическими расчетами. ВОДГЕО. Лаборатория инженерной гидрогеологии.
Информационные материалы, № 2, М., 1952.
Попов О. В. Методы изучения и расчета подземного питания рек. Тр. ГГИ,
вып. 114, 1964.
Приклонский В. А. Изучение физических свойств и химического состава
подземных вод. ОНТИ, М.—Л., 1935.
Преображенская Н. Н. Значение чагылов при поисках неглубоко залегаю-
щих пресных и слабосолоноватых вод в Северном Прикаспии. Сб. «Геобот. методы
при гидрогеолог, и инженерно-геолог. исслед.». ВСЕГИНГЕО (изд. на ротапринте),
М., 1962.
Резников А. А., Муликовская Е. П., Соколов И. Ю. Методы анализа
природных вод. Госгеолтехиздат, 1963.	„„„„ ,,	„	г-
Родионов Н. В. Карст Европейской части СССР, Урала и Кавказа. Госгеол-
гехиздат, 1963.
323
21*
Рыжиков Д. В. О развитии депрессионной воронки в карстовых областях
Докл. АН СССР, т. 109, № 1. Изд. АН СССР, 1956.
Руденко Ф. А. Гидрогеология Украинского кристаллического массива. Гос-
геолтехиздат, 1958.
Руководящие указания до наблюдениям за режимом подземных вод. Госэнерго-
нздат, 1952.
Сава ренский Ф. П. Гидрогеология, Госгеолиздат, 1935.
Серый Г. А. Методы определения запасов трещинно-карстовых вод и водопри-
токов в горные выработки Миргалимсайского рудника. «Горный журнал», 1962, № 8.
Скабаллапович И. А. Методика опытных откачек. Госгеолтехиздат, 1960.
Скиргелло О. Б. Определение коэффициента закарстованности по данным
наблюдений за режимом подземных вод. «Разведка недр», 1949, № 5.
Смирнов Л. Н. Режим трещинно-карстовых вод Северо-Уральских бокситовых
рудников. В кн.: «Вопр. режима подз. вод СССР». ВСЕГИНГЕО, М.—Л., 1948
Смирнов А. А. Методика геофизических исследований русел рек в карстовых
районах на примерах СУБРа. Сб. «Методика изучения карста», вып. 5 (геофизические
методы), Пермь, 1963.
Соколов Д. С. Основные условия развития карста. Госгеолтехиздат, 1962.
Солнцев Н. А. Природный географический ландшафт и некоторые общие его
закономерности. Тр. 2-го Всесоюэн. геогр. съезда, т. 1, 1948.
Справочник гидрогеолога. Госгеолтехиздат, М., 1962.
Суворов Б. Т. Из опыта проектирования и строительства инженерных ком-
муникаций в Магаданской области. В сб.: «Строительство на вечномерзлотных грун-
тах», т. III. Красноярск, 1963.
Тененбаум Л. Я., Гринбаум И. И. Упрощенный метод расчета водопро-
водимости и коэффициента фильтрации пород на основе единичного удельного дебита
откачек. «Разведка и охрана недр», 1965, № 2.
Тр. Всесоюзного совещания по «Аналоговым методам и средствам решения крае-
вых задач», 1962.
Толстихин Н. И. Гидрогеологические условия водоснабжения в районах
мерзлой зоны литосферы. Изд-во Главсев мор путц, М., 1935.
Толстихин Н. И. Подземные воды мерзлой зоны литосферы. Госгеол-
издат, М.—Л., 1941.
Томович Р., Карплюс У. Быстродействующие аналоговые вычислительные
машины. Изд-во «Мир», 1964.
Троянский С. В. Объем и содержание гидрогеологических исследований для
крупного водоснабжения и различные этапы проектирования. Водные богатства недр
земли на службу социал, стр-ва, вып. 8, НКТП (геолразведка), М., 1938.
Фильчаков П. Ф., Панчишин В. И. Интеграторы ЭГДА-6/51 и 6/53.
Инструкция по эксплуатации и методике моделирования. Институт математики АН
УССР. Изд. Киевского ун-та, 1955.
Чеботарев А. И. Гидрологический словарь. Гидрометеоиздат, Л., 1964.
Чернышев М. Я. Водоснабжение в вечной мерзлоте. Трансжелдориздат, М.,
1933.
Шавырина А. В. Геоботанические признаки мелких линз и слабо солоноватых
вод в пустынях. В сб.: «Земельноводные ресурсы пустынь и их использование». Изд.
АН Турки. ССР, сб. «Ашхабад», 1963.
Шамов Г. И. Речные наносы. Гидрометеоиздат, Л., 1954.
Швецов П. Ф. Подземная вода Верхоянско-Колымской горноскладчатой обла-
сти. Изд-во АН СССР, М., 1951.
Шевченко Н. Г. Пресные воды песчаной пустыни (на примере Западных
Каракумов). «Вопросы гидрогеол. и ннж. геол.», № 18. Тр. ВСЕГИНГЕО, Госгеол-
техиздат, 1959.
Шестаков В. М. Определение коэффициента фильтрации анизотропных пла-
стов по данным опытных откачек. «Разведка и охрана недр», 1955, № 5.
Шестаков В. М. Применение метода конечных разностей к фильтрационным
расчетам водопонизительных и и водозаборных установок. Тр. ЛГГП, т. XX, 1962.
Шестаков В. М. Об определении гидрогеологических параметров пласта по
данным опытных откачек в условиях неустановившейся фильтрации. «Разведка и
охрана недр», 1962, № 12.
Шестаков В. М. Теоретические основы оценки подпора, водопонижения и
дренажа. Изд. МГУ, 1965.
Шлыгина В. Ф. Особенности гидрогеологических условий конуса выноса
в предгорном шлейфе Заилийского Алатау. Изв. АН КазССР, серия геол, наук,
вып. 3, 1963.
Шлыгина В. Ф. Упругий режим напорных подземных вод предгорной равнины
Заилийского Алатау. Изв. АН КазССР, серия геол, наук, вып. 5, 1963.
Шлыгина В. Ф. Подземный сток с северных склонов Заилийского Алатау и
его роль в питании подземных вод конусов выноса. Изв. АН КазССР, серия геол,
наук, № 4, 1964.
Щелкачев В. Н. Гидродинамический анализ некоторых методов определения
расходов подземных потоков. «Советская геология», 1947, № 26.
324
Щелка чев В. Н. Упругий режим пластовых водонапорных систем М Гос-
топтехиэдат, 1948.
Щелкачев В. Н. Разработка нефтеводоносных пластов при упругом* режиме
Гостоптехиздат, 1959.
Язвин Л. С. Краткие указания по определению гидрогеологических параметров
артезианских водоносных горизонтов для оценки запасов с учетом упругого режима
Тр. ВСЕГИНГЕО, 1962.	ру и
Язвин Л. С. О количестве понижений уровня при проведении опытных работ.
«Разведка и охрана недр», 1965, № 5.
Язвин Л. С., Бор ев ск ий Б. В. Опыт определения расчетных гидрогеологи-
ческих параметров по данным групповых откачек. «Разведка и охрана недр», 1963,
№ 4.	>
Яковлев В. Н. Исследование упругих колебаний в артезианском пласте.
«Нефтяное хозяйство», 1946, № 1.
Alter О. Sanitary Engineering in Alaska. Inter, conf, on permafrost. Perdu
Univ., 1963.
В u c h h e i m W. Theoretische Grundlagen fur die Messung von elektrischen ge-
steinswiderstand und gestein — D. K- in Bohrlochern durch Induction nach dem Riick-
wirkungsverfahren. Berlin Akademie Verlag, C — 62, 1959.
Davis G. H., Poland I. F. and others. Ground-water conditions in the Mendo-
ta — Huron area, Fresno and Kings Counties, Calif., U. S. Geol. Survey Water-supply
Paper 1360, pp. 409—588, 1957.
Fritsch V. Elektrische Messungen an raumlich ausgedehten. Leitern G. Braun,
Karlsruhe, 1960.
Fritsch V. Sechspunktverfahren zur Messung ranmlidier Widerstande. Boll,
geofis. teorica ed appL, vol. 5, № 17, 1963.
H u b b s G. Water supply system in permafrost areas. Inter, confer, on permafrost.
Perdu Unit., 1963.
Jacob С. E. On the flow water in an Elastic artesian aquifer. Transactions, Ame-
rican Geophysical Union, part II, July 1940, p. 574—580.
Lay К. H. The geophysics in industry. Geophysics, vol. 19, 1954.
Mosetti F. Avant-propos pour un soudage differential de resistivite. Boll, geofis.
teorica ed appL, vol. 5, N 17, 1963.
Orellana E. Properties and drawing of the so-called Dar Larrouk curves. Geo-
physics, vol. 28, № 1, 1963.
Poland J. F. and Davis G. H. Subsidence of the land surface in the Tulare-
Wasco (Delano) and Los Banos-Kettleman City area, San Joaquin Valley, California,
Trans. Amer. Geophysical Union, vol. 37, pp. 287—296, 1956.
Sargent C. Water supply systems in permafrost areas. Inter, confer, on perma-
frost. Perdu Univ., 1963.
Slattery D. How equipment used in radiowave exploration operates. Oil and
Gas Journal, 1963, vol. 61, No. 3.
Todd D. Ground-water hydrology. New-York, 1959.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение. И. В. Гармонов	3
Часть первая
ОБЩАЯ
Глава I. Стадии гидрогеологических исследований, категории эксплуатацион-
ных запасов подземных вод и требования Государственной комиссии по "запа-
сам полезных ископаемых к их обоснованию. И. В. Гармонов, Н. Д. Красно-
певцев ..................................................................... 7
Стадии гидрогеологических исследований (7). Категории эксплуатационных
запасов (12). Требования Государственной комиссии по запасам полезных
ископаемых к обоснованию запасов подземных вод по различным кате-
гориям (12)
Глава II. Основные вопросы методики оценки эксплуатационных запасов под-
земных вод. Н. Н. Биндеман, Л. С. Язвин.....................................15
Общие замечания. Н. Н. Биндеман (15). Гидродинамические методы.
Н. Н. Биндеман (15). Гидравлические методы. И. Н. Биндеман (23). Балан-
совые методы Н. И. Биндеман (25). Совместное применение методов оценки
эксплуатационных запасов подземных вод. Н. И. Биндеман (26). Основные
формулы для оценки эксплуатационных запасов подземных вод. Л. С. Яз-
вин (27)
Глава III. Выбор способа бурения и типа буровой установки. Гидрогеологиче-
ские приборы, фильтры и насосное оборудование. Д. И. Башкатов, И. Ф. Во-
лодько ...................................................................  32
Выбор способа бурения и типа буровой установки (32). Конструкция ствола
и фильтров, типы насосов для гидрогеологических скважин в различных
гидрогеологических условиях и способы разглинизации водоносных горизон-
тов (39). Гидрогеологические приборы (44)
Глава IV. Геофизические методы исследований. Н. А. Огильви ....	49
Общие положения (49). Основные задачи гидрогеологических исследований,
решаемые методами прикладной геофизики (51)
Глава V. Опробование качества подземных вод. И. Ю. Соколов ...	57
Определяемые компоненты (57). Отбор проб воды на анализ (61). Кон-
троль качества химических анализов воды (62). Оформление результатов
анализов (65)
Глава VI. Изучение режима подземных вод. В. С. Ковалевский ....	66
Задачи изучения естественного режима подземных вод на поисково-разве-
дочных стадиях изысканий под водозаборы (66). Учет колебаний уровня
подземных вод для определения расчетной мощности водоносного гори-
зонта (67). Определение упругой водоотдачи пласта и коэффициента пиезо-
проводности водоносного горизонта по данным наблюдений за режимом
уровня подземных вод и атмосферного давления (73). Определение степени
гидравлической связи водоносного горизонта с рекой (75). Определение
коэффициентов уровнепроводности и коэффициентов фильтрации по колебаниям
уровней подземных вод, происходящих под влиянием паводков (78). Опре-
деление водоотдачи пород (80). Оценка естественного питания подземных
вод (81). Оценка обеспеченности питания во времени (86). Некоторые ме-
тоды статистической обработки (88)
Глава VII. Гидрологические исследования. И. С. Зекцер и Б. Г. Логинов 92
Сбор материалов и рекогносцировочное обследование рек. Б. Г. Логинов
(92). Сведения о методах, применяемых при расчетах величин годового
326
Стр.
стока рек, внутригодового распределения стока и минимальных расходов
воды. Б. Г. Логинов (94). Гидрологические исследования при проектиро-
вании инфильтрационных водозаборов. Б. Г. Логинов (96). Гидрологиче-
ские исследования для оценки естественных ресурсов подземных вод.
И. С. Зекцер (101)
Глава VIII. Методика опытных работ. Л. С. Лзеин...........................111
Режим движения подземных вод при опытных откачках (112). Методика
проведения откачек (112). Расчет коэффициентов фильтрации, водопроводи-
мости, уровнепроводности и пьезопроводности (118). Определение приведен-
ного радиуса влияния (127). Определение внутреннего фильтрационного
сопротивления (128)
Глава IX. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод в районах дей-
ствующих водозаборов. Л. С. Язвин.........................................129
Глава X. Методы моделирования и особенности их применения для оценки
эксплуатационных запасов подземных вод. В. Д. Бабушкин, И. К. Гавич . 138
Виды моделирования и области их применения (138)
Глава XI. Гидрогеологические исследования для выделения зон санитарной
охраны. Е. Л. Минкин .......................................................144
Общие положения (144). Виды загрязнения подземных вод (146). Источники
загрязнения и пути его проникновения к подземным водам (148). Защищен-
ность эксплуатируемых водоносных горизонтов от загрязнения и связанные
с ней требования, предъявляемые ко второму поясу санитарной охраны
водозаборов подземных вод (149). Дополнительные исследования, необходи-
мые при проектировании зон санитарной охраны водозаборов, располагаю-
щихся в районах выявленного нли возможного загрязнения подземных
вод (151)
Часть вторая
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЯХ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Глава XII. Артезианские воды бассейнов платформенного типа. М. Н. Коляда 155
Гидрогеологические особенности артезианских вод бассейнов платформенного
типа (155). Выбор расчетной схемы оценки эксплуатационных запасов под-
земных вод (156). Основные задачи гидрогеологических исследований (157).
Пример разведки и подсчета эксплуатационных запасов подземных вод (162)
Глава XIII. Подземные воды небольших тектонических структур Казахской
складчатой страны. А. И. Чубарова.......................................166
Общие гидрогеологические условия (166). Схематизация гидрогеологических
условий и методика оценки эксплуатационных запасов подземных вод (170).
Основные задачи гидрогеологических исследований (171). Пример разведки
и подсчета эксплуатационных запасов подземных вод (175)
Глава XIV. Трещинные грунтовые воды изверженных пород. И. В. Гармонов 180
Гидрогеологические особенности трещинных грунтовых вод изверженных по-
род (180). Методика оценки эксплуатационных запасов (181). Основные за-
дачи гидрогеологических исследований (182)
Глава XV. Подземные воды зон тектонических нарушений. С. М. Семенова 191
Гидрогеологические особенности подземных вод зон тектонических наруше-
ний (191). Выбор расчетной схемы оценки эксплуатационных запасов под-
земных вод (193). Основные задачи гидрогеологических исследований (194).
Этапность работ, их объем и методика проведения (195). Пример разведки
и оценки эксплуатационных запасов подземных вод (201)
Глава XVI. Трещинно-карстовые воды. |б. И. Владимирский^.................205
Основные особенности гидрогеологии карстовых областей (205). Выбор
расчетной схемы оценки эксплуатационных запасов трещинно-карстовых во-
доносных горизонтов (209). Основные задачи гидрогеологических исследова-
ний (211)
Глава XVII. Подземные воды конусов выноса. Ф. М. Бочевер пИ. В. Гармонов 220
Гидрогеологические особенности конусов выноса. И. В. Гармонов (220). Ос-
новные задачи гидрогеологических исследований. И. В. Гармонов (225). Ба-
ланс подземных вод конусов выноса. Ф. М. Бочевер (228). Расчет произво-
дительности водозаборов в пределах конусов выноса. Ф. М. Бочевер (231)
327
Стр.
Глава XVIII. Подземные воды ледниковых отложений. Л. С. Язвин	242
Гидрогеологические особенности (242). Выбор расчетной схемы оценки
эксплуатационных запасов подземных вод (243). Основные задачи гидрогео-
логических исследований (245). Пример разведки и оценки эксплуатационных
запасов подземных вод (248)
Глава XIX. Грунтовые воды аллювиальных отложений речных долин.
В.	Ф. Карулина, Л. С. Язвин ............. 251
Гидрогеологические особенности (251) Выбор расчетной схемы и методика
оценки эксплуатационных запасов подземных вод (253). Основные задачи
гидрогеологических исследований (261). Исследования для расширения дей-
ствующих водозаборов (267). Пример разведки (268)
Глава XX. Подземные воды морских побережий. В. Д. Бабушкин, В. М. Гольд-
берг .......................................................................271
Краткие сведения о гидрогеологических условиях пресных подземных вод
морских побережий (271). Выбор расчетных схем и основные положения по
оценке эксплуатационных запасов подземных вод морских побережий (273).
Основные задачи гидрогеологических исследований (276)
Глава XXI. Линзы пресных вод. В. Д. Бабушкин, В. М. Гольдберг	278
Гидрогеологические условия линз пресных вод. В. Д. Бабушкин, В. М. Гольд-
берг (278). Выбор расчетной схемы и основные положения по оценке эксплу-
атационных запасов линз пресных вод. В. Д. Бабушкин, В. М. Гольдберг
(280). Особенности гидрогеологических исследований линз пресных вод.
В. Д. Бабушкин, В. М. Гольдберг (291). Геофизические методы, применяемые
при разведке линз пресных вод. И. И. Пичугин (299). Геоботанические иссле-
дования при поисках линз пресных вод в пустынях. С. В. Викторов и
Е. А. Востокова (300)
Глава XXII. Подземные воды области распространения миоголетнемерзлых
пород. А. И. Ефимов.........................................................306
Значение подземных вод области многолетнемерзлых пород (306). Основные
особенности гидрогеологических исследований в области распространения
многолетнемерзлых пород (307). Некоторые особенности разведки и эксплуа-
тации подземных вод в области распространения миоголетнемерзлых по-
род (315)
Литература	. 320
Коллектив авторов
Поиски и разведка подземных вод для крупного водоснабжения
Методическое пособие
Ведущий редактор А. М. Поспелова Технические редакторы В. И. Алексеева, Т. М. Шмакова
Корректор В. П. Крымова
Подписано к набору 26/VI-1968 г.	Подписано к печати 7/11-1969 г.
Формат 70х 108’/it Печ. л. 20,5	Усл. л. 28,7	Уч.-иэд. л. 28,0
Т-00957	Тираж 4000 экз.	Зак. № 627/9709-14	Цена 1 р. 58 к.
Бум. № 2	Индекс 3-4-1
Издательство «Недра». Москва К-02, Третьяковский проезд, 1/19.
Ленинградская картфабрика ВАГТ
ОПЕЧАТКИ И ИСПРАВЛЕНИЯ
Страница	Строка	Напечатано		Следует читать
64	7 снизу	H2SiOs		H4SiO4
99	Табл. 19, графа 2, 2—1 снизу	в маловодные годы		в маловодные годы вызы- вает сомнение
122	3 сверху	Как известно, что		Как известно, прн
128	14 сверху	Величину go		Величину go"
144	20—19 снизу	соединениями тяжелых ме- таллов (арсенидов, циани- дов) и органических ве- ществ (пекаль,		соединениями тяжелых ме- таллов, арсенидов, циани- дов и органических веществ (некаль.
147	15 сверху	к подземным водным териям	бак-	в подземные воды
181	18 снизу	водонепроницаемостью		водопроницаемостью
181	20 снизу	водонепроницаемость		водопроницаемость
275	22 сверху	akmi0 Если	q >0,03		akmit,
				
эк. 6U(I 6'27