Учебный программный комплекс EXPLAY: виртуальная разведка месторождения подземных вод в формате деловой игры
- Гриневский С.О., Преображенская А.Е., Штенгелов Р.С.
DOI: 10.53085/0034-026X_2025_2_108
УДК 556.3
Рассматриваются организация и содержание учебной деловой игры по виртуальной разведке и оценке запасов подземных вод на основе оригинального программного комплекса EXPLAY, разработанного на кафедре гидрогеологии МГУ и имитирующего основные виды полевых исследований на месторождениях в речных долинах. Изложены принципы моделирования разведочных работ на базе реального месторождения, постановка и результаты виртуальных исследований на разных этапах разведки, итогом которых является подсчет запасов подземных вод.
Ключевые слова: деловая игра, оценка запасов, подземные воды, геологоразведочные работы.
Введение
Практикум по оценке запасов подземных вод уже более 30 лет проводится на кафедре гидрогеологии МГУ в формате деловой игры на основе оригинального программного комплекса EXPLAY (авторы Гриневский С.О., Штенгелов Р.С.), моделирующего производство основных видов гидрогеологических работ при разведке месторождений подземных вод в речных долинах. Выбор данного типа месторождений для деловой игры обусловлен тем, что они являются абсолютно преобладающими среди освоенных и разведанных месторождений пресных подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения [1]. Фактографической и параметрической базой практикума является Пермиловское месторождение подземных вод, разведка которого для водоснабжения г. Архангельск проводилась в начале 1980-х годов и успешно завершилась утверждением запасов в ГКЗ СССР.
Построение практикума в виде деловой игры направлено на развитие у студентов самостоятельности в решении научно-производственных задач и практического использования методов гидрогеологических исследований, рассмотренных ранее в теоретических курсах.
Бригада студентов в течение учебного семестра осуществляет виртуальную разведку месторождения на основе его постоянно действующей модели — проектирует и проводит полевые исследования, результаты самостоятельной обработки которых позволяют им выбрать наиболее перспективный участок месторождения, оценить необходимые геофильтрационные параметры и подсчитать запасы подземных вод. В ходе выполнения индивидуального задания студенты последовательно проходят этапы предварительной разведки всей площади месторождения и детального изучения выбранного участка расположения водозабора. По результатам разведочных работ производится подсчет запасов подземных вод на основе прогнозных расчетов проектного водозабора аналитическими методами. К сожалению, ограниченный временной ресурс практикума не позволяет использовать для этого математическое моделирование, однако освоение аналитических методов представляется полезным, поскольку они остаются актуальными для предварительных оценок и контроля результатов моделирования. Итогом всей работы является составление отчетных материалов, которые студенты защищают на «экспертной комиссии» из преподавателей курса.
Далее рассматриваются: общая характеристика Пермиловского месторождения как объекта виртуальной разведки, принципы постановки деловой игры и моделирования разведочных работ в программном комплексе EXPLAY, а также содержание различных этапов виртуальных исследований и принципы интерпретации их результатов.
Общая характеристика Пермиловского месторождения подземных вод как объекта виртуальной разведки
Месторождение расположено в 80 км к югу от г. Архангельск в верховьях бассейна р. Ваймуга (рис. 1а). Это слабо урбанизированная территория с ненарушенными условиями формирования подземного и речного стока. Реки территории, сток которых полностью образуется в границах месторождения, относятся к разряду малых. Гидрогеологический разрез представлен высокопроницаемыми сильнозакарстованными известняками и доломитами средне-верхнекаменноугольного возраста мощностью в среднем 40–50 м, которые на большей части территории залегают практически на поверхности или перекрыты маломощным покровом четвертичных отложений ледникового, аллювиального и болотного генезиса. Карбонатные водоносные отложения подстилаются относительно слабопроницаемым комплексом терригенных пород нижнего карбона и девона (рис. 1б).
Рис. 1. Карта (а) и геологический разрез (б) территории Пермиловского месторождения подземных вод: 1 — родник; 2 — скважина поисково-оценочных работ и ее номер; 3 — линия разреза; 4 — глины, алевролиты, песчаники с прослоями гравелитов; 5 — известково-глинистые отложения; 6 — известняки и доломиты трещиноватые, кавернозные; 7 — известняки и доломиты слаботрещиноватые, глинистые; 8 — известняки и доломиты трещиноватые, закарстованные; 9 — глина тяжелая, пластичная; 10 — суглинок опесчаненный с валунами; 11 — пески разнозернистые; 12 — песчано-глинистые отложения; 13 — торф с песчано-глинистыми прослоями
Условия залегания целевого средне-верхнекаменноугольного водоносного комплекса и высокая закарстованность пород обусловливают его аномально высокие фильтрационные параметры — проводимость комплекса на отдельных участках долины р. Ваймуга характеризуется значениями порядка n∙104 м2/сут. Высокая проницаемость пород и благоприятные условия инфильтрационного питания карбонатного водоносного комплекса формируют в нем крупнодебитные локальные потоки подземных вод, направленные от местных водоразделов к речным долинам. При этом сильная и неравномерная закарстованность карбонатных отложений и ограниченное развитие аллювия определяют тесную гидравлическую связь подземных и речных вод и их активное взаимодействие, выражающееся в разнообразных формах — субаквальной и родниковой разгрузке, а также руслового поглощения речных вод [5]. Таким образом, ресурсы подземных вод целевого водоносного комплекса локализуются на отдельных участках высокой закарстованности и проницаемости пород в долине р. Ваймуга.
Воды целевого водоносного комплекса на большей части территории пресные, гидрокарбонатно-кальциево-магниевого состава, однако в северо-восточном направлении отмечается увеличение минерализации до 3–5 г/л, содержания сульфат-, хлорид-ионов и превышение ПДК по общей жесткости.
Запасы Пермиловского месторождения утверждены в ГКЗ СССР в количестве 457 тыс. м3/сут (из них 261 тыс. м3/сут по кат. А+В) на нескольких водозаборных участках, приуроченных к зонам высокой проводимости и максимальной разгрузки подземных вод в долине р. Ваймуга. Запасы этого месторождения приречного типа [1] полностью обеспечены естественными ресурсами карбонатного водоносного комплекса, формирующимися на его площади, а также привлечением речных вод. По результатам прогнозных расчетов эксплуатация месторождения вызовет значительное сокращение речного стока р. Ваймуга, вплоть до его полного перехвата в меженный период на отдельных участках [4, 6].
Пермиловское месторождение до сих пор не эксплуатируется, однако богатый и разносторонний фактический материал, полученный за пятилетний период разведочных работ на месторождении, а также геогидрологическая модель, на которой проведена оценка его запасов, явились фактографической и модельной основой для построения практикума на принципах деловой игры.
Организация и правила деловой игры
Виртуальная разведка месторождения начинается на основе завершенной поисково-оценочной стадии его изучения, результаты которой [7] доступны студентам для предварительного анализа. Разведочные работы последовательно проводятся в рамках предварительной и детальной стадий исследования, общая стратегия которых, а также постановка, проведение гидрогеологических работ и их интерпретация курируется преподавателем. По результатам выполненных работ проводятся обоснование геофильтрационной схемы участка проектного водозабора и прогнозные расчеты оптимизации его работы на основе аналитических решений ряда скважин у реки. Их итогом является оценка запасов месторождения, обеспечивающих установленную водопотребность. Результаты разведочных работ и оценки запасов оформляются в виде отчета, который студенты защищают на комиссии преподавателей, что имитирует процедуру защиты в ГКЗ (рис. 2).
Рис. 2. Блок-схема организации деловой игры по оценке запасов подземных вод
Организация деловой игры предусматривает следующие основные правила.
Бригадный подряд. Разведка проводится совместно группой студентов (2–3 чел.), которые выбирают бригадира. В его обязанности входит контроль общего графика выполнения работ и обеспечение равномерного участия в них всей команды.
Самостоятельность и ответственность. Каждая бригада получает индивидуальное задание, которое отличается величиной заявленной потребности или некоторыми дополнительными ограничениями на возможное расположение проектного водозабора (пространственными, экологическими и др.). Это обеспечивает индивидуальный подход каждой бригады к проведению разведочных работ и ориентирует на выбор различных участков расположения проектного водозабора.
Все результаты виртуальных разведочных работ предоставляются студентам в виде первичной документации — журналов буровых, опытных работ и измерений, таблиц наблюдений, результатов химического анализа воды и т.д. Их обработка и интерпретация проводятся студентами самостоятельно на основе теоретических знаний [2, 10, 12] и навыков, полученных на учебной практике по методам гидрогеологических исследований [8] с использованием любых известных им соответствующих программных средств [9, 13]. При этом все проведенные работы должны быть тщательно проанализированы, а их результаты отражены в соответствующих разделах отчета, что способствует ответственному планированию дальнейших действий и ограничивает количество виртуальных разведочных объектов, приближая их к реальным практическим возможностям.
Время. Виртуальная разведка месторождения проводится в режиме «реального разведочного» времени, которое реализуется заранее установленной в программном комплексе EXPLAY «длительностью» проведения каждого вида исследований, примерно соответствующей реальной практике. Это определяет следующие обстоятельства.
1. Разведочные работы всех бригад начинаются одновременно, а далее «разведочное» время движется для каждой бригады индивидуально, согласно проведенным ею работам в соответствии с их длительностью.
2. Геогидрологическая модель месторождения, на основе которой моделируются разведочные работы, воспроизводит естественные гидрогеологические условия территории с учетом сезонной изменчивости уровней и расходов поверхностных и подземных вод, поэтому результаты разведочных работ, проведенных в разные сезоны года, могут существенно различаться, и это необходимо учитывать, планируя оптимальный период их проведения.
3. После «заказа» на выполнение каждого вида разведочных работ предоставляются две возможности: а) получить их результаты сразу — в этом случае «разведочное» время автоматически сдвинется на длительность проведенных работ; б) продолжать выполнять другие работы, не дожидаясь результатов, которые будут доступны по мере движения «разведочного» времени.
Бюджет. Каждый вид разведочных работ имеет определенную условную стоимость, которая определена в программном комплексе EXPLAY, отражает относительные различия их сложности и трудозатратности и примерно соответствует соотношению нормативной стоимости соответствующих видов геологоразведочных работ советского периода. Поскольку общий бюджет работ не ограничен, эта опция имеет демонстрационное назначение, позволяя сопоставить бригадные затраты в целом и на разных стадиях разведки, что способствует стимулированию дополнительного соревновательного интереса к деловой игре.
Структура программного комплекса EXPLAY
Программный комплекс EXPLAY состоит из внешнего и внутреннего модульных блоков (рис. 3).
Рис. 3. Блок схема программного комплекса EXPLAY
Внешний блок отражен на главном окне программного комплекса и включает следующие модули.
«Исходные данные» — модуль хранения и визуализации топографической и геологической карт, опорных геологических разрезов и отчета о результатах предшествующих поисково-оценочных работ на месторождении [7].
«Данные разведки» — модуль хранения и представления результатов разведочных работ (по бригадам). Пространственное расположение разведочных данных отражено на схематической карте фактического материала, где природная конфигурация речной гидросети упрощена согласно ее реализации на сеточной геогидрологической модели месторождения. При этом можно выделить и увеличить область с интересующими объектами (рис. 4а), а состав выполненных на каждом объекте работ отражается в его условном знаке (рис. 4б).
Рис. 4. Примеры: а) экранного отображения схемы фактического материала выполненных работ с возможностью детализации выделенной площади; б) условных обозначений разных видов работ на схеме
«Новые работы» —модуль, в котором происходит формирование заказа на проведение новых разведочных работ.
«Преподаватель» — этот модуль доступен только преподавателям практикума и позволяет отслеживать выполненные каждой бригадой задачи, провести моделирование заказанных разведочных работ, которое требует контроля преподавателя. Также в данном модуле осуществляется доступ к различным разделам базы данных месторождения и его геогидрологической модели.
Внутренний блок включает информационное хранилище и комплекс программ моделирования и обработки данных (рис. 3).
Информационное хранилище состоит из:
— базы данных, которая представлена серией информационных слоев координатно-привязанных точек с определенным значением постоянного во времени параметра — абсолютной отметки рельефа, мощности, геофильтрационных параметров и литологического описания по слоям геологического разреза, морфологических характеристик рек, химического состава и минерализации подземных и поверхностных вод;
— многослойной геогидрологической модели месторождения, созданной на основе модели, использованной при оценке его запасов и параметрически отражающей результаты реальных разведочных работ, а также результатов моделирования многолетне-стационарного внутригодового естественного режима уровней подземных и поверхностных вод, расходов рек и родников.
Комплекс моделирования и обработки данных включает следующие модули.
Программа геогидрологического моделирования MCG (автор Гриневский С.О.) [3] ориентирована на расчеты многослойной геофильтрации в условиях гидрогеодинамически зависимого гидрологического режима водотоков и водоемов [6], формирующегося под влиянием естественной и техногенной изменчивости подземного стока и с учетом сезонной неравномерности поступления поверхностного питания. Данный модуль используется для моделирования естественного режима подземного и речного стока и опытных откачек.
Модуль генерации расчетных сеток разной дискретности используется для автоматического построения локальных геофильтрационных моделей-врезок на определенную площадь гидрогеодинамического влияния опытных откачек.
Модули линейной, площадной и временной интерполяции данных осуществляют расчеты значений параметров в произвольной точке территории и в определенный момент времени на основе базы данных и результатов геофильтрационного моделирования.
Комплекс расчетных модулей формирования первичных результатов разведочных работ, которые производят модельную генерацию журналов измерений на основе значений параметров, известных из базы данных или из геофильтрационной модели, так, чтобы их обработка позволила получить истинные величины с минимальной погрешностью.
Принципы имитации и моделирования разведочных работ
Набор доступных виртуальных разведочных работ в программном комплексе EXPLAY воспроизводит методы исследований, которые наиболее часто используются на месторождениях подземных вод в долинах рек. При этом следует подчеркнуть, что количество видов виртуальных работ, реализованных в данной версии программного комплекса, безусловно, не отражает весь спектр методов исследований на месторождениях данного типа. Вместе с тем, доступный набор отражает те виды работ, которые являлись наиболее информативными при реальной разведке Пермиловского месторождения.
Бурение и оборудование скважин. В постановке деловой игры принято, что процесс создания гидрогеологической скважины искусственно разделен на ее «бурение» и «оборудование». При бурении скважины указывается ее необходимая глубина и начальный диаметр бурения, который далее может меняться в зависимости от категории пород разреза (их условной «буримости», которая определена в EXPLAY). При дальнейшем оборудовании скважины указывается фильтровой интервал, который может объединять несколько литологических слоев разреза, и необходимость наличия фильтра скважины (без указания его типа), в противном случае предполагается ее открытый ствол.
Результаты бурения и оборудования гидрогеологической скважины отражаются в виде стандартной документации (глубина залегания, мощность и литологический состав слоев разреза, положение уровня на дату производства работ), которая автоматически формируется модулями интерполяции из базы данных и по результатам моделирования естественного режима фильтрации.
Измерение уровней, расходов воды и проведение режимных наблюдений подразумевают возможность организовать разовые или периодические измерения уровней воды в гидрогеологических скважинах, дебитов родников, а также уровней и расходов воды в реках на заранее оборудованных гидрометрических створах. Режимные данные формируются путем интерполяции результатов моделирования естественного режима подземного и речного стока. При этом на «гладкие» модельные данные может быть наложен «шум», который случайным образом генерируется и приводит к пропускам отдельных измерений или к произвольному отклонению некоторых величин от первоначального значения в пределах нескольких процентов. Результаты режимных наблюдений становятся доступными с течением «разведочного» времени.
Гидрометрия. Результаты гидрометрических измерений формируются автоматически по итогам моделирования естественного режима речного стока с учетом динамики его подземного и поверхностного питания. Необходимые гидрологические характеристики рассчитываются линейной интерполяцией величин по ближайшим к гидрометрическому створу узлам расчетной сетки модели с учетом возможного наличия между ними притока.
Генерация журнала гидрометрических измерений осуществляется, исходя из известных по результатам моделирования значений расхода и площади сечения реки на дату измерения с использованием датчика случайных чисел. При этом, в зависимости от ширины реки, створ разбивается на ряд сегментов, характеристики которых (глубина, скорость потока) «случайным образом» варьируют вокруг среднего значения при условии его сохранения для всего сечения. Далее значение скорости в каждом сегменте «разделяется» по глубине, соблюдая известные закономерности изменения профиля скорости воды в открытых руслах. На заключительном этапе, используя тарировочное уравнение гидрометрической вертушки (случайным образом выбранной для измерения), значения скорости потока пересчитываются в число оборотов лопастного винта за время измерения, которое генерируется в нормированном интервале 60–100 сек [8].
Скважинная расходометрия и кавернометрия. После выбора скважины для производства этих работ указыва ется режим производства расходометрии (естественный или в комбинации с наливом или откачкой), дебит налива или откачки, интервал глубин и шаг производства измерений.
Моделирование результатов этих работ проводится под контролем преподавателя на основе послойной характеристики фильтрационных свойств (проводимости) разреза в гидрогеологической модели месторождения (в том числе — поинтервальной в целевом карбонатном комплексе), а также, используя естественные значения напоров в этих интервалах модельного разреза.
При этом начальный («буровой») диаметр открытого ствола скважины по результатам кавернометрии случайным образом увеличивается на несколько мм в слоях карбонатного разреза повышенной проводимости. Расходы по стволу скважины в естественном режиме приравниваются к модельным расходам перетекания между отдельными слоями разреза. Расчет поинтервального изменения расхода в стволе скважины при наливе (откачке) проводится пропорционально относительной доле проводимости каждого слоя, а «внутри» интервала это изменение принимается линейным, с незначительными случайными отклонениями. Далее, по значениям расходов по стволу скважины и его диаметру определяются скорости потока в точках измерения, которые затем пересчитываются в количество оборотов винта расходомера по тарировочным зависимостям из базы данных.
Опытные откачки. Моделирование кустовой или одиночной откачки с определенным дебитом и заказанной длительностью проводится под контролем преподавателя на основе автоматической генерации локальной модели-врезки в границах области гидрогеодинамического влияния откачки Rвл = , где a — среднее значение пьезопроводности в окрестности центральной скважины (из геогидрологической модели), to — время откачки. Величина n подбирается на экспертном уровне, исходя из необходимости включения в область модели элементов речной сети, родников, удаленных наблюдательных скважин и достижения достаточной дискретности расчетной модельной сетки, варианты которой отражаются на экране (рис. 5). При этом генерация прямоугольной неравномерной модельной сетки проводится, соблюдая ориентацию ее главных осей вдоль простирания контура реки (при его наличии в области влияния) или вдоль направления лучей наблюдательных скважин, а размер блоков подбирается таким образом, чтобы центральная и все наблюдательные скважины располагались в узлах сетки (рис. 5).
Рис. 5. Пример автоматической генерации расчетной сетки для моделирования кустовой откачки с расположением куста скважин, родников и отмеченными сеточными узлами речного контура
После этого происходит автоматическое «насыщение» параметрами блоков модели-врезки путем интерполяции значений из геогидрологической модели месторождения. Если фильтровой интервал центральной скважины включает несколько модельных слоев, дебит послойно распределяется пропорционально соотношению их проводимости. При этом заказанная величина дебита откачки может случайным образом меняться во времени в пределах первых процентов — для создания «шума» в гладких модельных понижениях уровня.
Моделирование откачки проводится на основе интегрированной в EXPLAY программы расчета нестационарной пространственной геофильтрации MCG [3]. При этом автоматически настроенные временные шаги моделирования обеспечивают получение результатов согласно заказанной временной сетке производства наблюдений. Процесс моделирования контролируется преподавателем по графикам временного прослеживания развития понижения и восстановления уровня в модельных узлах центральной скважины, которые отстраиваются в онлайн режиме.
По результатам моделирования формируется журнал наблюдений за уровнями в скважинах в ходе откачки и восстановления (в глубинах до воды), дебитом откачки, включающий также результаты измерений на дополнительных объектах (расходы родников, уровни реки), если они были запроектированы.
Химическое опробование и анализ воды. Изучение химического состава может проводиться отбором проб в гидрогеологических скважинах, родниках и реках. В данной версии программного комплекса EXPLAY химический состав подземных и поверхностных вод принят постоянным во времени и характеризуется результатами сокращенного полевого анализа, которые формируются интерполяцией значений из базы данных. Протокол анализа воды включает содержание макрокомпонентов состава (нитритов, нитратов, аммония, соединений железа), значения pH, температуры, расчетные величины общей жесткости, минерализации (сухого остатка), содержание болезнетворных бактерий. Результаты также представляются в виде формулы Курлова.
Основные этапы виртуальных разведочных работ и их результаты
Виртуальные разведочные работы проводятся в два этапа. Целью первого, предварительного этапа разведки, является выделение в границах месторождения одного или нескольких перспективных участков расположения водозабора. Оно проводится на основе сравнительных оценок площади месторождения по следующим критериям:
— полная балансовая обеспеченность проектного водоотбора естественными и привлекаемыми из реки ресурсами при условии сохранения минимально допустимого санитарного расхода реки на участке, величина которого в долях от естественного устанавливается для каждой бригады отдельно;
— хорошая гидравлическая связь подземных и поверхностных вод и высокие фильтрационные свойства водовмещающих пород целевого комплекса;
— максимальное соответствие качества подземных и поверхностных вод требованиям СанПиН.
Поскольку исследования на этой стадии носят площадной характер, студентам предлагается использовать методы исследования, которые малозатратны и просты в обработке, однако позволяют получить количественные характеристики для сравнительной оценки различных участков территории. На этой стадии работ проводятся: бурение гидрогеологических скважин, площадное химическое опробование подземных и поверхностных вод, 2–3 гидрометрические съемки с постепенным увеличением их детальности, измерения дебитов родников, одиночные откачки, а также режимные гидрометрические наблюдения для приводки измеренных расходов к уровню минимальной водности. Сравнительная оценка условий взаимосвязи подземных и речных вод на данном этапе осуществляется на основе сопоставления обобщенных величин коэффициентов перетока через русловые отложения χ0 на участках рек между двумя створами:
где ΔH — среднее превышение уровней подземных вод над рекой по данным прирусловых пьезометров; Qрусл — суммарный расход русловой разгрузки; l, b — длина и средняя ширина реки на участке. На основании сопоставительной оценки характеристик перспективных площадей (рис. 6) обосновывается выбор участка для проведения дальнейших детальных исследований.
Рис. 6. Пример карты фактического материала предварительного этапа разведочных работ для сравнительной оценки перспективных участков расположения водозабора: 1 — гидрометрический створ и его номер; 2 — режимный гидрометрический створ и его номер; 3 — родник и его номер; 4 — скважина, опробованная одиночной откачкой, ее номер, в скобках — проводимость (м2/сут); 5 — точка опробования подземных вод; 6 — точка опробования поверхностных вод и ее номер; 7 — скважина для определения взаимодействия подземных и поверхностных вод, ее номер, в скобках — коэффициент перетока донных отложений (сут-1); 8 — информация о превышении ПДК в воде, компонент и кратность превышения ПДК; 9 — линейный модуль стока и его значение в скобках (м3/(сут*м))
На втором этапе детальной разведки все работы осуществляются в границах выделенного участка расположения проектного водозабора. Их целью является обоснование расчетной геофильтрационной схемы и количественная оценка всех необходимых параметров для аналитических прогнозных расчетов водозаборного ряда у реки. На этом этапе проводятся детальные гидрометрические работы для характеристики неоднородности разгрузки подземных вод на участке, химическое опробование всех скважин и родников, режимные гидрогеологические наблюдения за уровнями в скважинах, дебитами родников, уровнями и расходами реки, расходометрия и кавернометрия скважин, кустовые откачки.
Основные расчетные параметры, проводимость Т и ∆L, оцениваются по результатам кустовых откачек (рис. 7) и режимных гидрогеологических наблюдений. При этом постановка этих работ (схемы кустов и створов режимных скважин, необходимая длительность и дебит откачки, период и частота наблюдений и др.) предварительно должна быть обоснована, согласно теории данных методов исследований [2, 8, 10] с использованием предварительных оценок параметров на предшествующей стадии работ.
Рис. 7. Примеры: а) схемы проведения кустовой откачки у реки; б) графика комбинированного прослеживания понижения уровней: 1 — центральная скважина и ее номер; 2 — наблюдательная скважина и ее номер; 3 — расстояние между скважинами (м); 4 — гидрометрический (уровенный) пост
Результаты расходометрических испытаний позволяют оценить эффективную мощность вертикально-неоднородного карбонатного комплекса (рис. 8), определяющую расчетное значение его проводимости и величину допустимого понижения уровня подземных вод при водоотборе. По результатам всех работ обосновываются расчетные (эффективные) значения параметров для подсчета запасов подземных вод.
Рис. 8. Пример обработки результатов расходометрии скважины с выделением трех зон различной проводимости в вертикальном разрезе карбонатного водоносного комплекса: 1 — естественный режим; 2 — режим налива
В заключительной части деловой игры проводится оценка запасов подземных вод на основе аналитических расчетов водозабора по схеме линейного равномерного равнодебитного ряда у несовершенной реки. При этом разведчики должны провести оптимизацию водозаборного
ряда с подбором количества скважин, их дебита и расстояния между ними из условия понижения уровня в центре ряда, равном допустимому [11]. Решение поставленной задачи, которое подразумевает минимизацию числа скважин и общей длины ряда и сводится к решению трансцендентного уравнения, проводится с помощью программного кода (студенты пишут его сами на любом языке программирования) и проверочного расчета с использованием соответствующего модуля в программном комплексе ANSDIMAT [9].
В заключительной части отчета по оценке запасов проводится:
— анализ балансовой структуры водоотбора на основе аналитического расчета доли привлечения речных вод [11] и оценка сокращения речного стока на участке водозабора;
— оценка прогнозного качества воды на водозаборе путем расчетов концентрации «проблемных» компонентов по уравнению смешения подземных и речных вод и расчета времени миграции речной воды к водозабору;
— обоснование размеров зон санитарной охраны проектного водозабора.
Заключение
Многолетний опыт проведения деловой игры по разведке и оценке запасов подземных вод на кафедре гидрогеологии МГУ позволяет сформулировать основные итоги, которые авторы считают главными преимуществами и достижениями такого нестандартного образовательного подхода.
Во-первых, комплексность поставленной задачи деловой игры обеспечивает студентам необходимость логично и последовательно выстраивать ее решение, используя широкий арсенал различных методов исследований, знакомых им большей частью теоретически, или имея опыт интерпретации их результатов в рамках конкретной узкоспециализированной задачи. Даже на производственных практиках студенты, как правило, не получают комплексного представления о всех гидрогеологических исследованиях на объекте, принимая участие, в лучшем случае, лишь в некоторых из них. В процессе деловой игры студенты с самого начала являются проектировщиками и организаторами всех видов работ, что позволяет им видеть логическую связь между ними, понимать цели и значимость результатов исследований в контексте всей разведки месторождения.
Во-вторых, деловая игра максимально ориентирована на полную студенческую самостоятельность в планировании работ, а также при обработке и интерпретации их результатов с минимальным консультативным контролем со стороны преподавателей. Это вынуждает студентов самостоятельно находить возможные методы анализа данных и часто требует их повторной и более осмысленной проработки. Кроме того, здесь они имеют дело с результатами собственных исследований, которые нередко наследуют все огрехи постановки работ, что способствует пониманию важности их грамотного планирования.
В-третьих, немаловажным представляется устойчиво нарастающий в процессе деловой игры неподдельный студенческий интерес к ней, который, по мнению авторов, во многом обусловлен не только более глубоким пониманием гидрогеологического смысла некоторых методов исследования, практическое назначение которых после теоретических курсов часто воспринимается весьма абстрактно, но и более осознанным в целом представлением о сложности и многогранности задач, решаемых гидрогеологами при разведке месторождений.
Многие участники деловой игры по разведке и оценке запасов подземных вод сейчас успешно работают в разных гидрогеологических организациях на реальных месторождениях подземных вод, в том числе и в составе гидрогеологической компании ЗАО «ГИДЭК», которая в течение многих лет является флагманом российской разведочной гидрогеологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Боревский, Б.В. Оценка запасов подземных вод / Б.В. Боревский, Н.И. Дробноход, Л.С. Язвин. — Киев: «Вища школа», 1989. — 407 с.
2. Боревский, Б.В. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек / Б.В. Боревский, Б.Г. Самсонов, Л.С. Язвин — М.: Недра, 1979. — 326 с.
3. Гидрогеодинамические расчеты на ЭВМ // Под ред. Р.С. Штенгелова. — М.: Изд-во МГУ, 1994. — 334 с.
4. Гриневский, С.О. Формирование эксплуатационных запасов водозабора подземных вод в долине малой реки / С.О. Гриневский // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. — 1991. — № 3. — С. 87–92.
5. Гриневский, С.О. О прогнозировании влияния водозаборов подземных вод на сток малых рек / С.О. Гриневский, Р.С. Штенгелов // Водные ресурсы. — 1988. — № 4. — С. 24–32.
6. Гриневский, С.О. Гидрогеодинамическое моделирование взаимо действия подземных и поверхностных вод / С.О. Гриневский. — М.: Инфра-М., 2012. — 152 с.
7. Митрофанов, В.Н. Отчет о поисках пресных подземных вод для водоснабжения г. Архангельск на Пермиловском участке (II-я очередь) / В.Н. Митрофанов и др. — Архангельск, 1975.
8. Полевые методы гидрогеологических, инженерно-геологических, геокриологических, инженерно-геофизических и эколого-геологических исследований / Под ред. В.А. Королева, Г.И. Гордеевой, С.О. Гриневского, В.А. Богословского. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. — 352 с.
9. Синдаловский, Л.М. Программный комплекс ANSDIMAT / Л.М. Синдаловский. Свидетельство о государственной регистрации ЭВМ № 2020617324. 2021. https://ansdimat.com/Ru/
10. Шестаков, В.М. Гидрогеодинамика / В.М. Шес‑таков. — М.: Изд-во МГУ, 1995. — 368 с.
11. Штенгелов, Р.С. Формирование и оценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод / Р.С. Штенгелев. — М.: Недра, 1988. — 230 с.
12. Штенгелов, Р.С. Разведочная гидрогеология. Поиски и разведка подземных вод / Р.С. Штенгелов. Конспект лекций. — М.: МГУ, 2015. https://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1188021.
13. Штенгелов, Р.С. Программный комплекс Teis_3 / Р.С. Штенгелов. — Реестр программ для ЭВМ № 2009611413 — 12.03.2009 г.
© Гриневский С.О., Преображенская А.Е., Штенгелов Р.С., 2025
