Искусственное пополнение эксплуатационных запасов подземных вод

Искусственное пополнение эксплуатационных запасов подземных вод

Искусственное пополнение эксплуатационных запасов подземных вод

Вынужденная мера, если эксплуатационный водоотбор не обеспечивается естественными источниками формирования ЭЗ, т.е. в процессе эксплуатации происходит перепонижение уровней в водозаборных скважинах. Возможны два выхода:

1) расширить действующий водозабор на флангах - однако, это далеко не всегда можно сделать (дорогая земля, сложность организации зоны санитарной охраны, взаимодействие с соседними водозаборами и т.п.);

2) применить искусственное пополнение запасов (ИПЗ).

Однако, ИПЗ может применяться и на вполне "благополучных" водозаборах с целью повышения их производительности для покрытия возрастающей потребности.

В тех или иных формах ИПЗ применяется еще с середины XIX века. В России ИПЗ применяется с конца XIX века (водозаборы г.г. Арзамаса, Винницы, Симферополя). В настоящее время во многих странах с дефицитом подземных вод с помощью систем ИПЗ обеспечивается до 25-50% общего хозяйственно-питьевого водопотребления (США - 30%, ФРГ, Нидерланды, Швеция...).

Специфические проблемы при осуществлении ИПЗ:

- техника сооружения и технология эксплуатации специальных устройств для пополнения,

- источник и качество "сырой" воды.  

Наиболее сложным всегда является вопрос об источнике "сырой" воды. Основные требования к нему: достаточное количество и удовлетворительное качество - существуют нормативные требования к качеству воды, подаваемой на пополнение. Из физических показателей наиболее важный - мутность. Химические ограничения могут быть разнообразными в зависимости от состава пород зоны аэрации и водовмещающей толщи, состава пластовой воды, климатических особенностей. ИПЗ сопровождается рядом физических, физико-химических и биологических процессов - механическое осаждение взвешенных частиц, физическая и химическая сорбция, ионный обмен, коагуляция, микробиологические процессы и др.

Обычно для ИПЗ используют поверхностные воды, реже дренажные воды, очищенные стоки, воды смежных горизонтов.

Методы предварительной водоподготовки:

отстаивание (снижение мутности)

предварительные фильтры (часто в комплексе с коагулянтами)

микрофильтрация (задержка механической взвеси, планктона)

аэрация (насыщение кислородом с уничтожением анаэробных бактерий и разложением органических соединений)

хлорирование (обеззараживание и окисление органических соединений).

Балансово-гидродинамические особенности ИПЗ

Искусственно подаваемое в водоносный горизонт количество воды может входить в балансовую структуру ЭЗ как искусственные запасы или как искусственные ресурсы.

Создание искусственных запасов (применяется также термин "магазинирование") производится один или несколько раз в году путем единовременного затопления больших площадей вблизи водозаборного сооружения (естественные понижения, специально обвалованные участки пойм, террас...); обычно предварительно производится зачистка слабопроницаемого почвенно-растительного слоя. Полное насыщение пород в зоне аэрации над депрессионной воронкой (рис.6.7) происходит достаточно быстро:

При коэффициенте фильтрации пород в зоне аэрации K = 1 м/сут (глинистый песок), недостатке насыщения = 0.1, z ≈ 10 м, ≈ 0.5 - 1 м для полного насыщения зоны аэрации потребуется менее 1 суток.

Этот механизм ИПЗ достаточно прост в осуществлении, но и эффективность его не очень высока. Балансовое уравнение водоотбора в таких условиях приобретает общий вид:

где - период времени между циклами магазинирования,  - объем воды, поступивший в пласт (не всегда используется полностью за счет бокового растекания).

В подавляющем большинстве случаев источником "сырой" воды в этой схеме служат поверхностные воды ближайших водотоков в периоды половодья; реже - снеготалые воды.