23. Прогнозування зниження поверхні землі за даними режимних спостережень на ділянках діючих водозаборів.

Інтенсивна експлуатація підземних вод призводить до осідання поверхні землі, що обумовлено зниженням напорів підземних вод у продуктивних водоносних горизонтах. Розміри депресійних вирв мо­жуть досягати сотень і тисяч квадратних кілометрів при зниженні напору в їхньому центрі до сотень метрів, унаслідок чого утворена таким чином надлишкова геодинамічна напруга може досягати вели­чини, достатньої для ущільнення гірських порід.

Динаміка розвитку можливого осідання денної поверхні при водо­зниженні залежить від ряду факторів: інтенсивності водовідбору, ве­личини зниження напорів, геологічної будови і морфології району, потужності й складу ущільнених порід, їхніх фізико-механічних влас­тивостей та ступеня первісної консолідації. Інтенсивні осідання спо­стерігаються в молодих незцементованих або напівзцементованих, недоущільнених відкладах з великою пористістю. Сприятливі умови для розвитку цього процесу створюються в умовах перешарування добре проникних і малостисливих водоносних горизонтів або компле­ксів, з яких здійснюється водовідбір, із сильностисливими високопористими глинистими пластами.

Осідання денної поверхні в деяких випадках може бути настільки значним, що завдаватиме неабияких економічних збитків. Найбільш пагубні наслідки явища такого осідання відомі в Японії, Мексиці, США, Італії, Нідерландах, Таїланді. У Росії найбільші осідання денної поверхні були відмічені на декількох великих нафтових і газових ро­довищах. Зафіксовано невеликі осідання у районі Таллінна, Москви, Санкт-Петербурга. Принагідно зазначимо, що для процесів осідання навіть при поновленні напорів підземних вод характерна їхня незво­ротність. Це пояснюється тим, що осідання пов'язано переважно з ущільненням і пластичними деформаціями глинистих порід з високи­ми реологічними властивостями.

У зв'язку зі сказаним оцінка ЕЗПВ на великих родовищах підземних вод має включати також і прогнозування осідання денної поверхні.

Прогнозні оцінки можуть здійснюватися як на базі екстраполяції даних про осідання денної поверхні в районах діючих водозабірних споруд, так і розрахунковим шляхом за даними про стисливість порід розрізу, які отримують у лабораторних умовах.

Спостереження на діючих водозабірних ділянках виконуються за допомогою свердловинних спеціальних регістраторів ущільнення по­рід на обладнаних реперних постах. Принцип таких спостережень полягає у визначенні зміщення гирла свердловини відносно платфор­ми, закріпленої на поверхні землі. Свердловини мають бути обладнані обсадними трубами на глибину, де залягають практично нестисливі породи. Необхідне періодичне нівелювання платформ.

Перспективними вважаються спостереження за динамікою повер­хні землі за допомогою супутників.

Лабораторні визначення параметрів стисливості порід дають мож­ливість виконати дешевші прискорені прогнозні оцінки. Однак у цьому випадку слід обґрунтовувати достовірність таких визначень. За достатньої кількості репрезентативних визначень кінцеве осідання може бути визначено за такою залежністю:

S=0,8Δσ_eфa_cm, (13.1)

де Δσ_еф - зміна ефективного тиску в товщі порід, МПа;

а_с - коефіці­єнт стисливості породи, МПа^-1;

т - потужність пласта, що підлягає осіданню.

Величини, які входять до залежності (13.1), можуть бути визначені таким чином.

Зміна ефективного тиску Δσ_еф визначається величиною зниження зважувального гідростатичного тиску, тобто зміною рівня підземних вод. Пов'язано це з тим, що природне навантаження або ефективний тиск Δσ_eф характеризується різницею між побутовим навантаженням σ_п, тобто тиском маси порід, що залягають вище, і зважувальним гід­ростатичним тиском σ_г:

σ_eф = σ_п - σ_г (13.2)

Оскільки побутовий тиск є незмінним, то зміна ефективного тиску буде визначатися зниженням рівня підземних вод. Зниження рівня на 100 м відповідає зміні ефективного тиску приблизно на 1 МПа.

Коефіцієнт стисливості порід а_с визначається за даними компресій­них випробувань ґрунтів у непорушеному стані. Для недоущільнених глин коефіцієнт стисливості може дорівнювати n·10^-1 - n·10^-2 МПа^-1, для переущільнених глинистих порід його значення зменшується на один-два порядки. Отже, кінцеве осідання при зниженні рівня підземних вод на десятки метрів за наявності глинистої товщі потужністю декі­лька десятків метрів може становити від міліметрів до декількох де­сятків сантиметрів.

Слід, однак, ураховувати тривалість процесу ущільнення глинистих порід, а отже, й осідання денної поверхні. Осідання на розрахунко­вий момент часу може бути визначено за кривими повзучості, отри­маними при лабораторних дослідженнях; вони характеризують роз­виток деформацій в часі за різних напружень.

Надійніше ефективна величина коефіцієнта стисливості а_с може бути визначена на ділянках діючих водозаборів, а потім використана для прогнозних оцінок в аналогічних умовах.

Незважаючи на наявність певних методів оцінки можливого осі­дання поверхні землі в районах інтенсивної експлуатації підземних вод, відповідні вимірювання і прогнози, як правило, розпочинають проводити лише після виникнення загрозливих явищ. При цьому за­бувають, що ліквідація наслідків вимагає значно більших витрат.

Оцінка можливих величин осідання денної поверхні при проекту­ванні водозабірних споруд дозволяє надійніше обґрунтувати припус­тимі масштаби експлуатації.