Наша специализация - подземные воды
Проектные и консалтинговые услуги с сфере водопользования
Программное обеспечение для гидрогеологии и природопользования

Воднобалансовый полигон Верхняя Волга

Вторая конференция партнеров и пользователей "Геолинк Консалтинг" А.А.Горский, Центрводхоз; И.С.Пашковский, "Геолинк Консалтинг"

В предыдущих сообщениях говорилось о роли полигонов при проведении гидрогеологических и геоэкологических исследований.

Одним из таких полигонов является Федеральный Верхне-Волжский воднобалансовый полигон, построенный на берегу Иваньковского водохранилища в Конаковском районе Тверской области.

Известно, что в настоящее время питьевое водоснабжение г. Москвы осуществляется из двух независимых поверхностных источников: Волжского (2/3 объема водопотребления) и Москворецкого (1/3).

В Волжском источнике определяющую роль играет Иваньковское водохранилище. В настоящее время резерва водных ресурсов здесь нет. При этом в годы малой водности испытывается явный дефицит в воде.

Иваньковское водохранилище являет собой пример водоема в пороговом состоянии, когда незначительные изменения внешней среды могут послужить началом необратимых изменений его экосистемы. А в случае аварийных ситуаций, например на находящихся в верховьях рек АЭС, Москва может остаться без питевой воды.

В связи с этим, Целевой комплексной прграммой по экономии и рациональному использованию водных ресурсов г. Москвы и повышению надежности ее водообеспечения, разработанной по Распоряжению Совета Министров СССР, предусмотрено использование для питьевого водоснабжения города подземных вод.

Управление совместным использованием воды из независимых источников возможно только на основе комплексного мониторинга режима и качества поверхностных и подземных вод, осуществляемого в пределах Верхне-Волжского бассейна до замыкающего створа в г. Дубне, включая и плщадь (бассейн р. Дубны), соответствующую зоне влияния подземных водозаборов.

Реализация этого проекта начата в 1999 г.

Полигон Верхняя Волга создается для проведения комплексных наблюдений за метеорологическими показателями, а также за параметрами, характеризующими подземные и поверхностные воды. В задачу исследований на полигоне входит получение всей необходимой информации для рационального использования водных ресурсов бассейна Верхней Волги до замыкающего створа в г. Дубне.

В перспективе эта система должна позволять управлять режимом использования поверхностных и подземных вод в единой системе водоснабжения г. Москвы.

Собственно система мониторинга будет включать посты наблюдений за метеорологическими показателями (осадками и температурой воздуха), уровнями и расходами воды р. Волги и ее притоков, а также уровнями подземных вод в наблюдательных скважинах. Данные, полученные на постах, будут передаваться по радиомодемной связи на центральную диспетчерскую, где с помощью математического моделирования будет осуществляться пргноз поведения всей системы в реальном масштабе времени.

Помимо постов наблюдения на р. Волге и ее притоках, на территории, примыкающей к Коровинскому заливу, построена водно-балансовая станция, включающая галерею с лизиметрами (рис.1), метеостанцию и скважины для наблюдения за подземными водами.

Рис. 1
Рис.1 Общий вид лизиметрической станции Верхняя Волга.

Галерея представляет собой металлический бункер, сваренный из листовой стали толщиной 10 мм. Размеры сооружения 9 x 3.5 x 2 м. Вдоль длинных сторон галереи установлено 12 лизиметров, заряженных монолитами четырех, наиболее представительных для данной территории, генетических типов отложений, залегающих с поверхности земли.

Каждой разновидностью заряжено по 3 трехметровых лизиметра, что позволяет изучать условия питания и разгрузки практически всех типов зоны аэрации.

Глубиной 2 м, а выступающая на поверхность часть сооружения обвалована.

Лизиметры связаны с галереей патрубками - каналами, через которые в монолиты, в определенном порядке, введены тензиометрические и термометрические датчики. Поддоны лизиметров сообщаются с системами автоматического поддержания уровня воды в лизиметрах, расположенными в галерее. Конструктивные особенности лизиметров позволяют поддерживать уровень на любой заданной глубине, в интервале 0.4-3.0 м.

Всего каждый лизиметр имеет по 7 пар патрубков - каналов. В каждый лизиметр установленно по 6 тензиометрических и по 5 термометрических датчиков. Свободные от датчиков каналы находятся в заглушенном состоянии и могут использоваться как резервные для установки дополнительных датчиков, отбора проб воды и т.п.

Верхний край корпуса каждого лизиметра оборудован приспособлением для улавливания поверхностного стока.

С поверхности в каждом лизиметре пробурена скважина, глубиной соответствующей уровню грунтовых вод, поддерживаемому в данном лизиметре, для замера влажности грунтов в зоне аэрации. Скважины обсажены специальными пластиковыми трубами, позволяющими вести наблюдения прибором TRIME-T3

Внутри галереи размещены:

  • тензиометрические датчики порового давления - 72шт.
  • термометрическме датчики - 60 шт.
  • системы слива-долива для автоматического поддержания заданного уровня воды в лизиметрах и емкости для приема поверхностного стока. Наличие и количество воды в системах и емкостях контролируется датчиками - 36 шт.

Все датчики имеют преобразователи аналового сигнала в кодовый, что пволяет вести запись наблюдаемого показателя непосредственно в память компьютера, установленного здесь же. Частота опроса датчиков задается программой компьютера. Энергоснабжение электронных систем, а так же внутреннее освещение галереи осуществляется от электросети, напряжением 12 вольт.

Для удобства обслуживания оборудования внутри галереи устроены рабочие площадки, лестничные марши, а также вентиляционная система.

Подача воды в галерею (в системы долива) осуществляется по водопроводу из специально пробуренной рядом с галереей 15-ти метровой скважины, оборудованной электропогружным насосом типа "Малыш". В скважину же сливается избыточная вода из систем слива и емкостей приема поверхностного стока.

Снаружи на галерее установлена автоматическая метеостанция, отслеживающая следующие метеданные:

  • температуру воздуха;
  • влажность воздуха;
  • скорость ветра;
  • направление ветра;
  • атмосферное давление;
  • интенсивность солнечной радиации;
  • количество атмосферных осадков.

Перечисленные показатели с заданной частотой принимаются компьютером.

Рис. 2
Рис.2 Вид лизиметрической станции сверху. Видны лизиметры и автоматическая метеостанция.

Кроме того, на компьютер поступают данные об уровнях воды в 22-х режимных скважинах, пробуренных на территории стационара полигона на различные водоносные горизонты, и об уровне воды в Коровинском заливе.

Вся информация с компьютера передается по радиомодемной связи в аналитический Центр компании "Геолинк".

Для опроса датчиков и архивирования данных технический компьютер укомплектован специальными программными средствами.

Эти программные средства обеспечивают опрос данных с частотой один раз в минуту.

Архивирование данных производится следующим образом. Для всех показателей, кроме осадков, слива, долива и фиксации поверхностного стока вычисляются среднечасовые значения, которые и архивируются. При этом, среднее значение Х вычисляется по методу скользящей средней по формуле:

Xn =

где хi - текущее значение показателя, Хn-1 - значение скользящей средней на предыдущий момент времени, N - постоянная осреднения, определяющая степень сглаживания.

При таком характере сглаживания резкие изменения параметров практически не проявляются на конечном значении средней величины за час.

Архивирование данных датчиков в сливных и доливных бачках, датчиков, фиксирующих уровень в приемных устройствах для поверхностного стока, производится по степени изменения показаний, если разница между последующим и предыдущим показанием отличается на 1см, что соответствует слою стока или инфильтрации в 0.7мм.

Архивирование показаний осадкомера производится при каждом перевороте ковшика, фиксирующего слой осадков в 0.25мм.

Таким образом, если изменений в показаниях не наблюдается, то архивирование показаний не производится.

Некоторые примеры данных, полученных путем автоматизированных измерений, представлены на рисунках 2 и 3. На рис. 2 данные автоматизированной метеостанции, характеризующие температуру, влажность воздуха и осадки (зимой осадки не наблюдались), а на рис.3 напоры, замеренные в лизиметре, инфильтрационное питание и температура почвы на различных глубинах.

Рис. 3
Рис.3 Результаты наблюдений за напором, инфильтрацией и температурой в лизиметре N8.
 
Рис. 4
Рис. 4 Результаты наблюдений за температурой воздуха, осадками и влажностью воздуха по данным автоматизированной метеостанции.

Для проведения метеорологических наблюдений на территории стационара полигона построена стандартная метеостанция, работы на которой ведутся в срогом соответствии с Наставлениями, указаниями и инструкциями УГКС.

Строительство обьктов на полигоне осуществлялось ГФУП по ЭИВ "Центрводхоз".

Оборудование сооружений электронными средствами ведения наблюдений и наладка их выполнены сотрудниками компании "Геолинк".

В заключение необходимо отметить безукоризненную работу построенных сооружений и применяемого оборудования в течение 11 месяцев.

Подобные сооружения, безусловно, перспективны.

Очевидно, что автоматизация системы воднобалансовых наблюдений и их непрерывность позволяет учесть многие стороны процесса, которые просто невозможно обнаружить при переодических замерах даже с небольшим интервалом времени.