IX. 4. ИСКУССТВЕННОЕ ВОСПОЛНЕНИЕ ЗАПАСОВ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Искусственное восполнение запасов подземных вод вклю­чает в себя комплекс мероприятий, направленных на увеличе­ние количества подземных вод ;в (водоносных пластах, трещин­ных зонах, а иногда и целых ГГС высоких порядков или их час­тей. В условиях криолитозоны восполнение запасов подземных вод в аллювиальных водоносных горизонтах, приуроченных к

«подрусловым и пойменным грунтово-фильтранионным таликам, а такж£ в подмерзлотных пластах и трещинО1ватых зонах АБ (АдАБ) проводилось в Верхояно-Колымской ГСО А. И. Кала-биным, Л. Т. Мотр,ич, В. Г. Гольдтманом и П. Н. Калмыковым. Целью этих работ было улучшение водоснабжения поселков и горнорудных предприятий.

Увеличение запасов аллювиальных вод грунтово-фильтра-ционных таликов возможно путем проведения ряда мероприя­тий, которые направлены на увеличение степени обводненности таликов в водно-критический период, а иногда <и на расшире­ние их размеров. В суровых климатических и мерзлотных ус­ловиях поверхностный сток в малых и средних реках зимой обычно полностью отсутствует и аллювиальные 'воды не получа­ют питания за счет поверхностных вод. Грунтовые воды в аллю­вии постепенно в течение водно-критического периода срабаты­ваются от вершин долин вниз по течению, аллювий дренирует­ся и в значительной мере сезонно промерзает (см. VIII. 4). Часть вод идет иа образование наледей, которые возникают в местах сужения аллювиального потока: на перекатах, где вы­ходят коренные породы, на участках дробления русла, где уменьшается сечение таликов и т. д. Учитывая эти особенности, А. И. Калабин (1960) реко­мендует для увеличения запа­сов аллювиальных вод грун-тово-фильтрационных таликов на участках их использования применять следующие спо­собы.

1. Устройство •несколь­
ких неглубоких (висячих) пе­
ремычек из суглинка, находя­
щихся выше водозаборов и
прорезающих верхнюю, обыч­
но наиболее водопроницае­
мую часть аллювиальных от­
ложений. Этим создается

«торможение»- стока этих вод (рис. 53). Количество перемычек, глубина их заложения, расстояние между ними могут быть различными и зависят от уклоиа долины, мощности талика, фильтрационных свойств аллювия и других условий. При этом предусматривается комплекс мероприятий, обеспечивающий уменьшение промерзания талика, а по возможности и его рас­ширение (снегозадержание и др.).

2. Искусственное увеличение или создание водоносных грун-
таво-фильтрационных таликов выше водозаборов при помощи
оттаивания ММП фильтрационно-дренажными, гидроигловыми
или другими способами, а также путем сброса горячих вод от
электростанций или других промышленных предприятий. Пос-

Н. Романовский

леднёе мероприятие хорошо предохраняет водозаборы от за­мерзания.

При наличии в днище долин мощных, грубообломочных аллювиальных отложений с высокими фильтрационными свой­ствами иногда экономически выгоднее и технически удобнее соз­давать искусственные подземные бассейны вместо плотин и во­дохранилищ. В районах добычи россыпного золота открытым способом и драгами днища долин рек на многие километры за­няты отвалами перемытых и переотложенных галечников. Эти отвалы, как правило, размещаются в пределах отработанных площадей месторождений на месте аллювиальных отложений. Через несколько лет после отработки отвалы промерзают.

Крупнообломочные техногенные отложения, слагающие от­валы, в силу хорошей промытости и высоких фильтрационных свойств представляют весьма благоприятную среду для созда­ния в них (искусственных водоносных таликов для целей водо­снабжения. Образование и многолетнее существование устой­чивых грунтово-фшштрационных таликов в отвалах можно обе­спечить за счет фильтрации в них летом теплой речной воды. При этом планировку рельефа отвалов и проходку каналов це­лесообразно совмещать с рекультивацией поверхности в агро-и лесомелиоративных целях. При ширине полосы спланирован­ных отвалов 100—200 м основное русло реки рекомендуется располагать в ее средней части, а дренирующие каналы, глу­биной до 3—4 м, размещать по обеим сторонам полосы на рас­стоянии 40—100 м от русла. Продольный уклон этих 'каналов должен быть меньше продольного уклона долины. Сток из них от­водится в русло реки (рис. 54). За счет того, что уклоны между

Рис. 54. Схема расположения русла (1) и дренажных каналов (2) при планировке крупнообло­мочных отвалов с целью их кон­вективного оттаивания. Стрелка­ми указано направление течения и фильтрации воды (по В. Г. Гольдтману и Л. Т. Мот-рич, 1978)

Рис. 55. Схема искусственного не­сквозного талика для магазиниро-вания подземных вод: / — водопри­емная скважина, 2 — водоотборная скважина, 3 — подошва СТС, 4 — граница ММП, 5—6 — максималь­ный (5) и минимальный (6) уровни воды (по В. Г. Гольдтману и Л. Т. Мотрич, 1978)

руслом и каналами в целом больше продольного уклона доли» ны, возникает фильтрационный поток грунтовых вод, направ­ленный от русла к каналам. Последние собирают воду и сбра-

сывают ее обратно в реку. Осенью эти каналы способствуют глубокому и сильному дренажу техногенных пород в слое их сезонного промерзакия, понижению их льдистости в мерзлом состоянии и сохранению открытой пористости, которая обеспе­чивает фильтрацию с момента появления воды в реке. Уклон и длина создаваемых фильтрационных потоков подбираются на основании приближенных теплофизических расчетов.

3. Создание техногенного несквозного талика со статиче­скими запасами воды, ежегодно 'срабатываемыми зимой и вос­полняемыми в теплое время года. Эксперимент по созданию та­кого талика в пеючано-гравийном аллювии надпойменной тер­расы р. Берелех описан В. Г. Гольдтманом и Л. Т. Мотрич (1978). Талик был создан гидроигловым способом на участке террасы с небольшим уклоном, что является важным условием, обеспечивающим небольшую разницу в положении уровня грун­товых ©од в нижней и верхней по долине частях талика. Зимой вода из талика отбирается при помощи скважины, находящей­ся в нижнем по долине его конце и (специально оборудованной для продолжительных зимних откачек. Ряд обсаженных перфо­рированными трубами скважин находится в верхней по долине части талика. Через эти скважины летом в талик закачивается вода. В первую же зиму мощность промерзшего слоя превысила глубину летнего оттаивания и над техногенным несквозным та­ликом начал формироваться слой ММП (рис. 55). Этот слой обеспечивал благоприятные условия санитарной охраны вод в талике в течение летнего периода, но одновременно с этим уменьшил объем талых (водовмещающих отложений. Для того чтобы размеры талика не сокращались за счет многолетнего промерзания, каждые 2—3 года необходимо проводить прогре­вание талика путем,фильтрации через него летом теплой воды, подающейся в скважины, используемые для его заполнения, и откачивания из водозаборной скважины. Описанный способ яв­ляется по своему существу приемом магазинироеания вод в ис* кусственной грунтовой емкости.

4. Устройство водонепроницаемых перемычек в аллювии
ниже каптажных сооружений. Такие перемычки, представля­
ющие собой пленочные завесы или глубокие траншеи, заполнен­
ные суглинками, рекомендуется А. И. Калабиным применять
при большой мощности водоносного талика (см. рис. 53). Сле­
дует подчеркнуть, что перемычки замедляют движение вод в та­
лике и способствуют его промерзанию. Кроме того, как ниже,
так и выше их происходит образование техногенных наледей.
Поэтому расстояние перемычек от каптажных сооружений дол­
жно выбираться в зависимости от конкретных мерзлотно-шдро-
геологических условий. В целом чем меньше уклон долины и
чем больше мощность водоносной части талика, тем больше
должно быть это расстояние.

5. Мероприятия по устранению причин образования нале-

14* - 219

дей, возникающих выше водозаборных сооружений в лолосе эк­сплуатируемого водоносного талика и истощающих его водные запасы в критический период. Мерами борьбы с наледями мо­гут быть спрямление русел водотоков, «создание единого русла, взрывы скалыных перекатов, утепление русел ^!и таликов и др.

Искусственное восполнение запасов артезианских и трещин­ных вод подмерзлотного стокацелесообразно производить в тех случаях, когда естественное восполнение в течение года меньше количества воды, отбираемого при эксплуатации. Это может иметь место чаще всего в ГГС, изолированных сплошными мерз­лыми толщами, подземные воды (которых обладают ослаблен­ным водообменом. Следствием последнего часто являются по­вышенная минерализация подмерзлотных вод и неблагоприят­ный химический состав.

Опыт искусственного восполнения запасов таких вод име­ется в Аркагалинском межгорном АдАБ. ММП в пределах этого бассейна и его горного обрамления имеют сплошное распрост­ранение, мощности порядка 150 м и температуры около —5, —6°. Грунтово-фильтрационные талики под реками несквозные, таким образом непосредственная связь поверхностных и грунто­вых аллювиальных вод сартезианскими подмерзлотными вода­ми отсутствует. Последние имели высокие напоры, минерали­зацию около'1 г/л и гидрокарбонатно-сульфатный натриевый состав. Напорные подмерзлотные воды, использовавшиеся для водоснабжения поселка и горнорудных предприятий, были вскрыты эксплуатационной скважиной ниже мерзлой толщи на глубине 190 м и обладали напором 210 м (Мотрич, Калмыков, 1966). Дебит скважины при самоизливе составлял первоначаль­но 16 л/с. Через 10 мес после вскрытия водоносного горизонта самоизлив прекратился. Произошло общее снижение уровней подземных вод АдАБ вследствие их истощения и ухудшение ка­чества вод, что выразилось в увеличении общей жесткости до 9 мг-экв/л.

Для восстановления (запасов подземных вод ib скважину ле­том начали нагнетать аллювиальные воды с общей минерализа­цией 0,2 г/л и жесткостью 2 мг-экв/л, шлученные из несквоз­ного подруслового талика. Их нагнетание в скважину произво­дилось ежегодно в течение ряда лет. При этом количество воды, закачиваемой летом и отбираемой зимой, было увеличено за этот период соответственно с 38 000 до 110 000 м³ и с 78 000 до 105 200 м³. После летнего нагнетания напор подмерзлотных вод резко возрастал и скважина работала в режиме самоизлива. По­степенно в течение осени напор уменьшался, дебит снижался и отбор воды начинали 'вести при помощи откачки. Воды, закачи­ваемые в скважину, имели температуры от 9° в июле до 2,5° в сентябре, т. е. более высокие, чем температуры контактиру­ющих подмерзлотных вод в естественных условиях. Вследствие нагнетания относительно теплых слабоминерализо'ванных вод

температура воды в подмерзлотном горизонте повысилась. В зо­не действия скважины началось многолетнее оттаивание мерз­лой толщи снизу, а гидрогеохимические условия изменялись iB сторону улучшения качества вод. Это выразилось ©■ уменьше­нии их общей минерализации, изменении состава с сульфатного на гидрокарбонатный и снижении жесткости (рис. 56).

~Z_—_^—_^coaoно ватые _подмвр з ко /пнь^ ~*J~~~

~~I^— ~— ~Z-"Z- воды — ^""""ir^Z^Ji^^Er-zi

Рис. 56. Схема распространения закачиваемых вод в подмерзлот-ной трещиноватой зоне (по Л. Т. Мотрич)

В криогенных ГГС, достаточно изолированных, количество нагнетаемых (магазинируемых) вод и вод эксплуатируемых мо­жет быть примерно одинаковым. В структурах, имеющих связь с водами поверхностными или надмерзлотного стока, при ис­кусственном восполнении их запасов возможна как частичная потеря нагнетаемых вод за счет их ухода в стороны, за преде­лы площади водоотбора (Калабин, 1960), так и получение воды в существенно большем количестве, чем нагнетается летом. Во

втором случае дополнительное пополнение подмерзлотных водо­носных горизонтов происходит за счет вод, находящихся в раз­личных сквозных таликах и вовлекаемых в движение при нару­шении естественного режима в процессе эксплуатации (привле­каемые ресурсы).

Для оценки эффективности искусственного восполнения за­пасов подмерзлотных вод А. И. Калабин предложил пользовать­ся коэффициентом полезного использования объема закаченной воды:

где W — объем воды, нагнетаемой ,в аюдмерзлотный водоносный горизонт в летний период; W\ — объем той же воды, откачен­ной в период эксплуатации. При фильтрации закачиваемых вод за пределы площади водоотбора KnZl\ при наличии привлека­емых ресурсов /С_п>1. В изолированных криогенных ГГС /С_п~ 1. Планирование мероприятий по искусственному увеличению запасов подземных вод в условиях криолитозоны должно бази­роваться на детальных исследованиях мерзлотно-гидрогеологи-ческих условий и пропнозе их изменения под воздействием этих мероприятий (см. IX. 2).

Поиск по сайту: