Регулирование эксплуатации и искусственного пополнения запасов водоносных горизонтов Брянского ...
logo1-color


Регулирование эксплуатации и искусственного пополнения запасов водоносных горизонтов Брянского месторождения пресных подземных вод

Автор: Черняк А.Г., Колотов И.Б., Лагутин Г.Н.


 

В окраинной юго-западной части Московского артезианского бассейна на территории Брянской области в результате вековой эксплуатации верхнедевонских водоносных горизонтов образовалась региональная депрессионная воронка со снижением напора в центре её до 65-82 м (Брянско-Дятьковский промрайон). При этом стабилизации уровней подземных вод отложений верхнего девона не наблюдается. После ввода в 1985 г. в эксплуатацию Бордовичского поверхностного водозабора на Десне и снижения суммарного водоотбора в целом по месторождению на 30% (в г. Брянске со 183 до 130 тыс. м3/сут) падение уровней подземных вод не прекратилось, а лишь замедлилось – от 1.5-1.8 до 0.3-1.0 м/год. При этом в черте города осушение кровли верхнедевонского водоносного комплекса составляет 8-10 м. Одновременно установлено плавное увеличение минерализации, содержания железа и марганца в добываемых питьевых водах.

В 1989 г. по промышленным категориям в количестве 126.6 тыс. м3/сут были утверждены эксплуатационные запасы подземных вод водозаборов г. Брянска и 101.7 тыс. м3/сут на Деснинском участке (протокол ГКЗ №10722 от 06.10.89 г., табл. 1.). Схема освоения балансовых эксплуатационных запасов предусматривала существенное перераспределение водоотбора. Изменившиеся в начале 90-х годов экономические условия обусловили нереальность строительства проектного Деснянско-Сещинского водозабора (Деснинский участок для г. Брянска) в 45 – 65 км северо-западнее города. Аналогично, в настоящее время нереально освоение Ржаницкого и Гуринского участков с целью водоснабжения города. Разведанный Азаровский участок уже осваивается для водоснабжения г. Почепа, а запасы Роговского участка списаны в связи с изменением экологической обстановки на его территории.

statia-18-tabl-1

Мероприятия, предлагаемые для восстановления напорности и качества подземных вод верхнедевонских водоносных отложений, состоят в пересмотре схемы освоения балансовых эксплуатационных запасов Брянско-Дятьковского промрайона, перераспределении водоотбора в разрезе водоносных отложений при сохранении положения действующих водозаборов в плане, а также на основе искусственного пополнения запасов подземных вод (ИППВ) верхнедевонских водоносных горизонтов путём перелива в них кондиционных подземных вод четвертичных и альб-сеноманских водоносных отложений. Перспективность ИППВ прорабатывается опытными работами на Ржаницком и Орменском участках. На последнем в 2002 г. закончены поисково-оценочные работы на альб-сеноманский водоносный горизонт для удовлетворения дополнительной заявленной потребности г. Брянска на 50 тыс. м3/сут.

Ржаницкий участок расположен на левом берегу р. Десны, на расстоянии 20-40 км к северо-западу от г. Брянска. Для организации искусственного пополнения подземных вод верхнего девона был сооружен куст из центральной скважины глубиной 120 м, оборудованной фильтром с гравийной обсыпкой (диаметр 127 мм) на питающий четвертичный водоносный горизонт при открытом стволе диаметром 112 мм в водоносных фаменских отложениях, и пяти наблюдательных скважин. Из них две были оборудованы на поглощающий и три - на четвертичный горизонты.

Питающий четвертичный безнапорный водоносный горизонт, представленный песчано-гравийными отложениями с обводненной мощностью 26 м и водопроводимостью 440 м2/сут, на Ржаницком участке отделен от верхнедевонского водоносного комплекса 50-ти метровой толщей глин и песчано-глинистых отложений юрского и раннемелового возраста

Вскрытая мощность поглощающего горизонта, представленного доломитами с прослоями песчаников, составила 30.9 м, водопроводимость, определенная по данным откачки – 550 м2/сут.

Несмотря на удаленность опытного узла от центра воронки депрессии, уровень подземных вод верхнего девона сработан на Ржаницком участке до глубины 43 м от поверхности земли (понижение 52 м). За счет этого, разница в уровнях между питающим и поглощающим горизонтами составила 40 м, что обеспечило достаточно высокий и стабильный дебит перелива подземных вод (16 – 18 л/с) в течение первых двух месяцев проведения опыта.

Уровень подземных вод по центральной скважине за то же время снизился на 6 – 7 м от первоначального, соответствующего уровню четвертичного водоносного горизонта. Относительная стабилизация по питающему горизонту отмечалась уже на 20-е сутки, в то время как по целевому на этот период пришелся максимум повышения уровня. После этого последний начал снижаться (рис. 1).

statia-18-ris-1

Дальнейшие наблюдения, проводимые в течение 1.5 лет, зафиксировали постепенное снижение дебита перелива (до 8 – 10 л/с через 6 месяцев) и полное повторение гидродинамической картины опыта после прокачки центральной скважины.

Анализ результатов проведенных опытных работ позволяет сделать вывод о перспективности предлагаемого метода пополнения запасов верхнедевонских водоносных горизонтов для условий Брянского месторождения пресных подземных вод. Однако выполненные работы показали, что необходимо увеличить приемистость поглощающего горизонта. Это может быть достигнуто путём увеличения вскрываемой мощности пласта и, по опыту, применения солянокислотной обработки при увеличении диаметра скважины. Особое внимание должно быть уделено выбору гранулометрического состава гравийной обсыпки фильтра, устанавливаемого в питающий водоносный горизонт.

С учетом этих требований, в настоящее время ведутся работы по сооружению второго опытного куста на Орменском участке, расположенном в 15-20-ти км к юго-западу от Брянска. Основная задача второго опыта - оценка возможности пополнения запасов верхнедевонских водоносных горизонтов межпластовыми подземными водами альб-сеноманских песчаных отложений мощностью 32 м, с напором 32 м и водопроводимостью 440 м2/сут.

Прогнозная оценка эффективности искусственного пополнения запасов подземных вод верхнедевонских водоносных горизонтов из вышележащих водоносных отложений была проведена на геофильтрационной модели.

В площадь моделирования входила центральная часть региональной воронки депрессии в радиусе 100 км от Брянских водозаборов. Модель отражала гидрогеодинамические условия мезокайнозойских и верхнедевонских водоносных отложений. Нижними водоносными горизонтами, воспроизводимыми на модели, являлись верхнещигровско-семилукские и старооскольско–нижнещигровские слабоизученные водоносные отложения, залегающие ниже петинских глин верхнего девона.

Прогнозные задачи, реализованные на локальной модели Брянского промрайона, предусматривали выполнение следующих прогнозных вариантов:

1) повторение 2-ой прогнозной задачи, выполненной при создании моделей и банка данных для оценки обеспеченности населения Брянской области ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Задача решалась с учётом увеличения водоотбора до утверждённых запасов, но не менее существующего водоотбора. При этом на Деснинском участке, при утверждённых запасах 101.7 тыс. м3/сут вследствие напряжённой водохзяйственной обстановки здесь водоотбор был принят равным 60 тыс. м3/сут.

2) выполнение прогнозного решения без задания водоотбора на Деснинском, Ржаницком и Гуринском участках. Т.е. по отношению к варианту 1 водоотбор был уменьшен на 204 тыс. м3/сут. Во всех последующих прогнозных вариантах перечисленные выше участки также не нагружались.

3) выполнение прогнозного решения при переводе в пределах юго-западных территорий, примыкающих к г. Брянску, современного водоотбора из двух водоносных горизонтов верхнего девона на меловые водоносные отложения. Вариант учитывал тот факт, что из указанных отложений в летнюю межень1975 г. на участке Брянск-Полужье правобережья реки Десны, гидрометрическими работами зафиксирован суммарный родниковый сток 83.5 тыс. м3/сут, который далее подтверждён «Поисково-оценочными работами на меловые водоносные горизонты в окрестностях г. Брянска на правобережье р. Десны, 2002 г.».

В первую очередь следует рассмотреть вопрос о переводе населённых пунктов, примыкающих к г. Брянску (Глинищево, Добрунино, Супонево и др.), на водоснабжение из меловых водоносных горизонтов.

Соответственно этому варианту альб-сеноманский водоносный горизонт дополнительно нагружен на 21.1 тыс. м3/сут. при снятии водоотбора из верхнедевонских отложений на такую же величину.

4) данный прогнозный вариант предусматривает организацию ИППВ подземных вод девона путём строительства участков, на которых осуществляется перелив подземных вод четвертично-меловых водоносных отложений (Ржаницкий участок) и альб-сеноманских водоносных отложений(Орменский участок) в верхнедевонский водоносный комплекс.

На Ржаницком участке при экспериментально полученном переливе с расходом 1500 м3/сут. был задан суммарный расход ИППВ 30 тыс. м3/сут. Здесь при проектировании системы ИППВ следует обратить внимание на заболоченные территории поймы р. Десны, грунтовые воды которых могут иметь повышенное содержание железа.

На Орменском участке ИППВ проведение опытных работ будет реализовано в 2003 г. Здесь перепад напоров подземных вод по вертикали между альб-сеноманским водоносным горизонтом и верхнедевонским водоносным комплеком достигает 80-ти метров, и водопроводимость последнего (1000 м2/сут) выше, чем на Ржаницком участке. В связи с этим и проектным, большим чем на Ржаницком участке, диаметром дренажно-поглощающей скважины, расход перелива здесь ожидается на уровне 2000 м3/сут. Предварительно предполагалось, что он может достигать 2500 м3/сут. Суммарный расход ИППВ при заданной на модели системе дренажно-поглощающих скважин был принят соответственно величине 42.5 тыс. м3/сут - апробированных эксплуатационных запасов по результатам поисково-оценочных работ. На модели было задано 40 тыс. м3/сут.

Общая схема размещения площадок ИППВ на модели носит сугубо предварительный характер и исходит из принципа максимального перехвата потока подземных вод в питающих водоносных горизонтах междуречья Десны и Судости, направленного в сторону реки Десны и её основных притоков (рис. 2). Территория свободна от потенциальных источников загрязнения. В дальнейшем для обоснования оптимальной схемы размещения участков ИППВ следует провести комплекс специальных исследований.

statia-18-ris-2

5) последний из реализованных прогнозных вариантов является совмещением 3-ого и 4-ого прогнозных решений – совмещение ИППВ девонских водоносных отложений с переводом 21.1 тыс. м3/сут водоотбора из девона на альб-сеноманский водоносный горизонт.

Все прогнозные варианты воспроизводили работу системы ИППВ в течение периода 2000–2025 гг. Методика моделирования ИППВ на модели состояла в задании расхода ИППВ в девонские водоносные отложения с одновременной откачкой такого же расхода из питающих водоносных отложений.

Сопоставительная таблица вариантов прогнозных решений для центра депрессионной воронки в девонских отложениях приведена ниже.

statia-18-tabl-2

Согласно таблице 2 исключение на прогнозный период Деснинского, Ржаницкого и Гуринского участков с суммарным расходом 204 тыс. м3/сут (вариант 2) несколько замедляет снижение уровня. При переводе 21.1 тыс. м3/сут расхода водоотбора из девонских отложений в альб-сеноманский водоносный горизонт (вариант 3) темп снижения уровней становится ещё ниже. Наконец, восполнение девонских водоносных отложений на уровне 70 тыс. м3/сут приводит к восстановлению уровней подземных вод верхнедевонского водоносного комплекса на 1.7 м (вариант 4), и при сочетании мероприятий по ИППВ с переводом 21.1 тыс. расхода водоотбора из девона в альб-сеноманский водоносный горизонт (вариант 5, рис. 2) уровни восстанавливаются на 11.8 м.

На участках ИППВ снижение уровней подземных вод в питающих водоносных горизонтах в среднем не превышает 20 м, что не приводит к их осушению. Повышение уровней подземных вод в девонских отложениях составляет 10-15 до 20 м.

При средней абсолютной отметке кровли задонско-заволжского водоносного комплекса в районе г. Брянска на уровне 92 м восстановление его напорности происходит в 5-ом прогнозном варианте.

При дальнейших исследованиях следует рассмотреть вопрос о возможности эксплуатации водоносных отложений, залегающих ниже петинских глин. В настоящее время известно, что на кусте гидрогеологических скважин «Чёрный мост» (г. Брянск) из этих отложений (интервала глубин залегания 206-210 м) получен дебит 3.2 л/сек при понижении уровня 13.2 м. Самоизливающиеся воды по качеству являются питьевыми.

В заключение отметим следующее.

Напорно-безнапорный гидродинамический режим верхнедевонских водоносных горизонтов обуславливающий некондиционность добываемых подземных вод, должен быть устранён путём восстановления напорного режима подземных вод. Согласно ранее выполненному моделированию Геосинтез-Центра (Плотников В. С., 2001 г.) для этого водоотбор по г. Брянску должен быть снижен до 80 тыс. м3/сут. В условиях неудовлетворительной работы Бордовического водозабора поверхностных вод на реке Десне при нерегулируемом стоке и бесперспективных гидрологических параметрах этой реки указанная выше мера неприемлема. В связи с этим и в том числе принимаются меры по регулируемому восстановлению Брянского месторождения подземных вод путём применения ИППВ.