Мониторинг подземных вод в Чёрмозе

Мониторинг подземных вод на водозаборе питьевых подземных вод представляет собой комплекс наблюдений за состоянием эксплуатируемого водоносного горизонта на участке конкретной скважины или группы скважин.

Под состоянием водоносного горизонта с практической точки зрения понимается, прежде всего, его химический состав, который можно оценить по результатам лабораторного анализа химического состава проб воды.

Во вторую очередь, состояние горизонта можно оценить по положению уровня воды в нем, а точнее, на основании сравнения статического положения уровня подземных вод и динамического уровня в скважине при эксплуатации. Причем тут возможны варианты, когда при эксплуатации скважины могут проявиться как изменение только статического уровня, только динамического или же одновременное изменение этих уровней. 

Статический уровень - это уровень воды в скважине с отключенным на достаточно длительное время насосным оборудованием – достаточное для того, чтобы нивелировалось влияние водоотбора из конкретной скважины и уровень восстановился до первоначального своего положения (каким он был в этой точке до бурения скважины и начала водоотбора из нее) и стал соответствовать уровню воды в водоносном горизонте. Восстановление уровня происходит достаточно быстро после отключения насосного оборудования, например, в условиях лицензионного соглашения оговорено, что статический уровень для поквартальной отчетности об использовании подземных вод должен замеряться не менее, чем через 2 часа после остановки насоса.

Динамический уровень воды – это уровень при работе насосного оборудования, максимально глубокий уровень при эксплуатации скважины.

Вернемся к первоначальному вопросу, с чем могут быт связаны изменения уровней.

Так, значительное снижение динамического уровня (увеличение глубины до динамического уровня, считая от поверхности земли) при неизменном прежнем положении статического уровня скажет нам об ухудшении технического состояния скважины, связанного, как вариант, с процессом кольматации прискважинной зоны и повышения этой зоне фильтрационного сопротивления, что приводит к тому, что все большее понижение уровня требуется для того, чтобы обеспечить приток прежнего объема воды. Ситуация не фатальная, но при значительном снижении требует проведения специальных мероприятий в скважине для увеличения ее производительности. Самый распространенный способ – кислотная обработка ствола скважины.

Если же динамический уровень в скважине прежний (или примерно прежний), и при этом происходит снижение статического уровня, то это говорит о том, что на территории, с которой получает питание наша скважина (выглядит как воронка с центром в точке расположения скважины), произошло увеличение водоотбора, например, за счет ввода новых скважин или увеличения водоотбора из имеющихся, которые не использовались на полную мощность. Такое региональное снижение статического уровня или, как еще говорят, пьезометрического уровня воды конкретного водоносного горизонта, наблюдается в некоторых районах Московской области, но в целом, в Подмосковье воды того или иного качества пока всем хватает.

С точки зрения эффективности пользования недрами, мониторинг решает две задачи: задачу оценки возможных изменений качества и условий отбора воды в процессе эксплуатации водозабора и задачу оценки влияния отбора воды на конкретном участке на гидрогеологические и экологические условия на окружающей территории, на которую оказывает влияние эксплуатация этого водозабора. Первая из этих задач интересна, в первую очередь, владельцу водозабора, в то время как вторая задача, хотя и затрагивает интересы владельца, входит в сферу интересов регулирующих органов.

Мониторинг бывает объектного уровня, территориального и регионального. Из этих трех видов владельца водозабора касается только объектных мониторинг, остальные два – снова только для специалистов, которые обобщают и анализируют гидрогеологическую информацию на значительных территориях в целях оценки нагрузки на окружающую среду и прогнозирования изменений окружающей среды.

Мониторинг подземных вод на водозаборах включает наблюдения за эксплуатируемым водоносным горизонтом в водозаборных скважинах, их техническим состоянием и состоянием зон санитарной охраны водозаборов и проводится в течение всего срока эксплуатации водозабора.

Наблюдаемыми показателями являются величина водоотбора (дебиты водозаборных скважин), уровень воды и температура подземных вод, химический состав, физические свойства и микробиологические показатели подземных вод. Мониторинг носит комплексный характер и представляет собой систему режимных наблюдений в течение всего срока эксплуатации подземных вод. Наблюдения организовываются по принципу годовых циклов и осуществляются недропользователем или на договорной основе другими организациями, имеющими допуск на проведение данного вида работ.

Что дает информация обо всех этих наблюдаемых параметрах владельцу водозабора? Она дает возможность отрегулировать режим эксплуатации водозабора, оценить его техническое состояние и убедиться в том, что качество воды стабильно во времени.

Мониторинг уровней и дебита скважины

При организации мониторинга уровней дебита скважины нам нужно решить такие задачи: определить, чем мы собираемся мерять уровни и дебит (какими приборами), как часто мы будем снимать показания этих параметров и определиться, каким образом мы будем вести журнал наблюдений и как с ним дальше работать.

Для замеров уровня с своей скважине, эксплуатируемой в частном доме, нам понадобится профессиональный тросовый уровнемер или собранный своими руками его аналог – трос с датчиком на конце, замыкающим цепь при контакте с водой. В скважинах, используемых для водоснабжения небольших предприятий, где замеры мы обязаны по условиям пользования недр проводить регулярно и отчитываться об измеренных параметрах, понадобится профессиональный уровнемер, под который заранее в оголовок скважины монтируется трубка для опускания троса уровнемера – иначе каждый замер будет занимать кучу времени, а прибор может запросто погибнуть, запутавшись в проводах от насоса. Если предприятие серьезное или скважина обслуживает населенный пункт, то уровнемер устанавливается стационарный – как правило, это один из двух распространенных на рынке вариантов - пьезометрический датчик, который устанавливается в скважину и передает данные для обработки, второй тип – независимо функционирующий логгер, который опускается в скважину и записывают информацию внутри себя, после чего датчик нужно извлекать из скважины для снятия показаний.

Зачем нам вообще может понадобиться знать глубину до воды?

Обычно в давно работающей скважине при надежно работающем насосном оборудовании мы уже за недолгий период наблюдений понимаем, как меняется уровень в течение суток при автоматическом включении/выключении насоса. Интереснее вопрос, как меняется уровень внутри года, но и тут мы можем все измерить и по первым 2-3 годам нам все понятно про наш уровень. А вот дальше, основываясь на этих данных, мы каждый раз убеждаемся том, что просто все в порядке и цель долговременного мониторинга убеждаться в этом раз за разом – уровень не понижается от зафиксированных отметок. В принципе, если уровень повышается, то это не принесет никаких особых хлопот – разве только порадоваться можно будет этой ситуации и повесить свой насос на меньшей глубине. С общим снижением уровня (увеличении глубины до уровня воды, если мерять от поверхности земли) все не так просто и проблемы это может за собой повлечь существенные – начиная от того, чтоб перегорит насос при несрабатывании датчика сухого хода (если этот датчик есть) до ситуации, когда воды стало вдруг резко не хватать и взять ее больше негде.

Если правильно вычислить, какой из уровней снижается – статический или динамический, - то можно установить и причину. Так, при снижении статического уровня и при постоянстве динамического, а точнее, постоянстве величины понижения как разницы между статическим и динамическим (или, иначе, величины снижения уровня при включении насоса) мы поймем, что проблема заключается в увеличении водоотбора из-за влияния расположенных поблизости от нашего водозаборов – увеличения водоотбора из существующих или бурения и ввода в эксплуатацию новых. Если же при неизменном статическом уровне у нас с каждым последующим замеров уровня получается так, что увеличивается величина понижения, то это говорит о том, что с нашей скважиной проблема – ухудшается ее фильтрационная проницаемость и при неблагоприятных условиях и дальнейшем протекании этого процесса мы можем однажды не суметь получить нужное количество воды. Повышение статического и/или динамического уровня никаких проблем с собой не несет обычно, разве что придется перевесить повыше насос и логгер, если он установлен.

Мониторинг качества

Мониторинг качества воды должен планироваться заранее и это более трудоемкая и интеллектуальная задача, чем составление плана мониторинга уровней и расхода скважины, где мы выбираем периодичность выполнения замеров. При выполнении мониторинга химического состава воды мы должны правильно составить перечень контролируемых показателей (химических, микробиологических и радиологических) и с установленной периодичностью выполнять лабораторные определения показателей химического состава, а также анализировать полученные результаты как «отлетов» от средних значений по отдельным показателям, так и изменений показателей в годовом и многолетнем режиме. Эта информация ценна для владельца скважины тем, что позволит правильно регулировать систему водоочистки.

Журналы мониторинга – как и для чего вести?

Допустим, что на вашем действующем водозаборе выполняется мониторинг дебита, уровней, качества воды, замеры ведутся по графику и куда-то записываются. То, куда это все записывается, официально называется «журнал ведения мониторинга подземных вод» или просто «журнал наблюдений». Для водозаборов, которые эксплуатируются в рамках официального лицензионного соглашения, обычно разрабатывается и согласовывается Программа ведения мониторинга подземных вод, в которой оговаривается частота замеров отдельных параметров, частота выполнения лабораторных анализов, перечень анализируемых показателей химсостава (на сколько показателей будем анализировать пробы воды в лаборатории) и куда и как часто должны отправлять отчетность.

Кому полезнее информация, полученная при мониторинге, - государству или владельцу водозабора?

Предполагается, что вся эта информация будет отправляться в соответствии с условиями лицензионного соглашения в органы государственного контроля состояния недр и там специалисты уже будут анализировать и обобщать эту информацию и использовать, например, для составления ежегодных бюллетеней состояния недр. Помимо таких бюллетеней и разных докладов и отчетов, есть более важная функция такой информации: регулирование пользования недрами, а именно подземными водами. Например, при размещении крупных водозаборов можно заранее посмотреть, на какой глубине располагаются подземные воды того водоносного горизонта, из которого предполагается брать воду. В этом случае производится расчет, на какую глубину снизится уровень воды в конкретном водоносном горизонте от размещения нового водозабора на конкретном участке недр и хватит ли остаточной глубины обводнения горизонта для нормальной работы этого нового водозабора. Потому что уже сейчас на территории Московской области существуют отдельные районы, в которых уровни первого одного-двух от поверхности водоносных горизонтов снижены настолько, что скважины на эти горизонты могут уже не дать тот объем воды, который требуется для крупного водозабора. Вход, конечно, есть всегда, просто он будет стоить намного дороже – нужно будет бурить глубже и ставить более дорогостоящие установи водоочистки. Некрупных и одиночных водозаборов такая ситуация, как правило, не касается, за исключением случаев, когда хочется пробурить скважину прямо рядом с действующим водозабором, в зоне его влияния, где воды на двоих может и не хватить.

Информация по положению уровней воды в каменноугольных (реже в юрских, меловых и четвертичных) водоносных горизонтах используется органами государственного мониторинга и для обновления постоянно действующей модели Московского региона. На этой модели можно задать параметры водоотбора в новой точке или, наоборот, «убрать» уже недействующие скважины и посмотреть, что будет происходить с уровнями воды в горизонте. На основании данных о положении уровней подземных вод производятся работы по оценке запасов подземных вод – работы, которые являются обязательными для всех водозаборов с дебитом более 100 м3/сут для получения лицензии на добычу подземных вод.