Подземные воды относятся к числу
природных ресурсов, от которых в настоящее время зависит значительная часть
населения земного шара. Ими снабжается множество городов, они широко
применяются в сельском хозяйстве и промышленности. Подсчитано, что колодцы и
источники дают в среднем 110-130 млн. м3 (120 млрд. л) воды в сутки, т. е.
примерно 1/5 общего количества воды, используемой для орошения, в
промышленности и для домашних нужд.
Большая часть используемых подземных вод извлекается из неконсолиди-рованных осадков, водопроницаемых твердых осадочных пород и лавовых потоков. Среди неконсолидированных осадков главным источником служат аллювиальные пески и галечники, ледниковые наносы, речные террасы и поймы и песчаные отложения прибрежных равнин. Галечники и гравий дают наибольшие поступления, пески - немного меньшие, а поступление воды из аргиллитов, глин, отложений грязевых потоков и морен невелико. В консолидированных породах самый большой выход воды можно ожидать из водопроницаемых песчаников, пористых известняков, сильно трещиноватых пород, таких, например, как кварциты и граниты, и из трещиноватых, пузырчатых или кавернозных базальтовых потоков.
Для увеличения проницаемости пород вблизи колодцев и скважин в них иногда производят взрывы или заливают кислоту. Предложенный метод разрушения твердых пород с помощью атомных взрывов мог бы способствовать увеличению инфильтрации, просачивания и восстановлению уровня воды в колодцах, если бы удалось решить проблему радиоактивности. Выход воды из глинистых пород обычно очень невелик, если только в этих породах не развита сильная трещиноватость. Выход воды из известняков может быть большим там, где трещины расширены за счет растворения, и значительно меньшим там, где трещины в известняках встречаются редко, а растворение было назначительным.
Проницаемость большинства магматических пород зависит от количества и размера рассекающих их трещин. Некоторые лавовые потоки и отложения, состоящие из кусочков пемзы, настолько проницаемы для воды, что по ним редко текут реки. В то же время некоторые площади, сложенные гранитами, настолько водонепроницаемы, что в их водном режиме резко доминирует поверхностный сток. Колодцы и скважины. Рытье колодцев и бурение на воду восходят к древнейшим историческим эпохам. Впервые бурение с целью получения воды было произведено в Китае и Индии. Ирригационные работы с использованием колодезной воды производились в Вавилоне еще за 2000 лет до н. э. В настоящее время в Индии и США из колодцев и скважин орошается больше земель, чем из рек.
Многие колодцы представляют собой просто мелкие углубления, выкопанные или пробуренные в земле ниже уровня грунтовых вод. Они служат резервуарами, в которые стекают грунтовые воды и из которых воду можно откачивать.
Места для большинства новых колодцев и скважин, предназначенных для получения большого количества воды, выбирают очень осторожно, лишь после тщательного гидрологического анализа таких факторов, как количество атмосферных осадков на питающей площади, литология пород, их текстура и водопроницаемость.
Даже в случае пород с высокой проницаемостью удаление воды через колодец или скважину понижает уровень грунтовых вод в сторону колодца (скважины). В породах с низкой проницаемостью депрессионная воронка имеет вид конуса с крутыми стенками, радиус которого может быть не более нескольких сотен метров. Однако в однородных проницаемых песках и гравии депрессионная воронка колодца, из которого откачивают много воды, может распространяться на несколько километров и накладываться на депрессионную воронку соседнего колодца или скважины. Если из системы колодцев (скважин) нужно выкачать много воды, то располагать их следует таким образом, чтобы максимальный выход воды можно было получить из наименьшего числа колодцев.
В некоторых районах на территории США с начала 1800-х гг. практикуется искусственное подпитывание колодцев. Воду можно закачивать в грунт, увеличивая таким образом гидростатическое давление, скорость инфильтрации и уменьшая время, необходимое для восстановления в колодце прежнего уровня воды. Это служит двум целям - сохранению воды и улучшению ее качества, а кроме того, позволяет, увеличив скорость пополнения, иногда за счет добавления воды с поверхности, уменьшить минерализацию грунтовых вод и изменить их температуру. Артезианские колодцы и скважины. Артезианские колодцы получили свое название от французской провинции Артуа, где во многих колодцах вода поднималась выше поверхности земли, и била фонтаном. Сегодня название «артезианский» распространяется на любой колодец, где грунтовые воды поднимаются выше отметки, на которой они были встречены сначала; вода не обязательно должна изливаться на поверхность.
Артезианское течение возникает вследствие разности гидростатического давления в различных частях замкнутого водоносного горизонта. Водоносный горизонт в артезианской системе можно сравнить с водопроводной трубой из проницаемых пород, в которой приток воды больше, чем расход. Для самоизливающегося артезианского колодца (скважины) в слоистых осадочных породах необходимы следующие условия:
1) должен присутствовать водоносный горизонт, который мо¬жет содержать и поставлять воду;
2) сверху и снизу водоносный горизонт должен быть ограничен водонепроницаемыми слоями, сдерживающими воду и предотвращающими ее утечку;
3) водоносный горизонт в области питания должен размещаться гипсометрически выше, чем в местах, где расположены колодцы.
Эти требования относятся только к осадочным слоям. Некоторые артезианские воды получены из пород других типов, даже из неконсолидированных осадков, но там, где артезианские воды вскрываются колодцами и скважинами, они должны находиться под гидростатическим давлением.
Во многих случаях области питания артезианских вод находятся в десятках и даже в сотнях километров от скважин. Большинство скважин в артезианском бассейне, образованном знаменитыми песчаниками Дакота в шт. Северная и Южная Дакота, достигают глубины 300 м и более и расположены на расстоянии 250 км от области питания. Этот водоносный горизонт дает основную массу используемой в обоих штатах воды.
Хотя в ледниковых наносах артезианские колодцы не достигают и 30 м глубины, в твердых породах артезианские воды встречаются на глубинах более 1 км. Охрана подземных вод. В прошлом большинство жителей США никогда не задумывались о запасах воды. Это отношение было обусловлено достаточно высоким среднегодовым количеством осадков в густонаселенных районах и существованием крупных рек и озер внутри страны. Обычно люди мало думают о воде, как о полезном ископаемом, в котором они нуждаются, считая ее запасы неисчерпаемыми. Однако за последние несколько десятилетий в связи с увеличением численности населения и ростом потребления воды промышленностью мы стали лучше понимать, что трудности, связанные как с количеством, так и с качеством наших водных ресурсов, увеличиваются и что мы должны избавиться от расточительных и вредных привычек и придумать надежные способы сохранения запасов воды.
Для сохранения запасов подземных вод можно предпринять следующие шаги: 1) ограничить скорость откачивания
воды так, чтобы она не превышала скорости естественного притока; 2) избегать потерь, особенно за счет вытекания или просачивания из колодцев и скважин; 3) предотвращать продвижение морской воды на сушу по водоносным горизонтам, которые выходят на поверхность на дне акваторий; 4) контролировать использование водоносных горизонтов для захоронения отходов; 5) уменьшить потери за счет испарения, используя для каждого полива сельскохозяйственных культур лишь необходимое и вовремя расходуемое количество воды и изменив технологию охлаждения промышленных вод; 6) способствовать пополнению запасов воды путем искусственного подпитывания колодцев и предотвращения избыточного стока поверхностных вод; 7) возвращать обратно в грунт воду, использованную для охлаждения в промышленности и кондиционирования воздуха, и восстановленную использованную воду. Одна из главных причин потерь пресной воды - это смешивание ее со сточными и другими отработанными водами, в результате чего она становится непригодной для повторного использования. Если применять не разбавление, а другие существующие методы очистки отработанной воды, то ее можно использовать повторно, увеличив, таким образом, общее количество пригодной воды. Проблемы, связанные с подземными водами. Кроме очевидных проблем, связанных с открытием и сохранением запасов питьевой воды, использование подземных вод сопровождается рядом других сложностей. Например, при интенсивном откачивании воды из колодцев и скважин уменьшается поддерживающая сила пластового давления воды, в резуль-тате чего происходит уплотнение водоносных слоев. Это не только сокращает дебит воды, но местами приводит к проседанию поверхности земли. В долине Сан-Хоакин в шт. Калифорния такое проседание грунта рвет полотно дорог, оросительные каналы и трубопроводы, которые требуют дорогостоящего ремонта. Кое-где на морском побережье, например у острова Лонг-Айленд, на полуострове Флорида, у берегов Мексиканского залива и в других местах, подток морской воды в грунтовые воды препятствует изливанию их на дно моря, но позволяет морской воде проникать в водоносные горизонты на суше, уменьшая таким образом запасы пресной воды. Часто наблюдается понижение регионального уровня грунтовых вод на несколько десятков метров и уменьшение артезианского напора. Некоторые водоносные горизонты находятся на грани истощения. В ряде районов важной проблемой является загрязнение. Точно так же как безвредная или почти безвредная соль, которой посыпают дороги в снежные и морозные зимы, проникает в грунтовые воды, туда же попадают вредные примеси и ядовитые вещества. Загрязнение может произойти от туалетов, от зараженных поливных полей, от загонов для крупного рогатого скота и свинарников, от полей с минеральными удобрениями, от свалок мусора и «санитарных» отходов, от распыляемых ядохимикатов и отходов химических предприятий и т. д. Эту проблему приходится решать во многих районах.
Большая часть используемых подземных вод извлекается из неконсолиди-рованных осадков, водопроницаемых твердых осадочных пород и лавовых потоков. Среди неконсолидированных осадков главным источником служат аллювиальные пески и галечники, ледниковые наносы, речные террасы и поймы и песчаные отложения прибрежных равнин. Галечники и гравий дают наибольшие поступления, пески - немного меньшие, а поступление воды из аргиллитов, глин, отложений грязевых потоков и морен невелико. В консолидированных породах самый большой выход воды можно ожидать из водопроницаемых песчаников, пористых известняков, сильно трещиноватых пород, таких, например, как кварциты и граниты, и из трещиноватых, пузырчатых или кавернозных базальтовых потоков.
Для увеличения проницаемости пород вблизи колодцев и скважин в них иногда производят взрывы или заливают кислоту. Предложенный метод разрушения твердых пород с помощью атомных взрывов мог бы способствовать увеличению инфильтрации, просачивания и восстановлению уровня воды в колодцах, если бы удалось решить проблему радиоактивности. Выход воды из глинистых пород обычно очень невелик, если только в этих породах не развита сильная трещиноватость. Выход воды из известняков может быть большим там, где трещины расширены за счет растворения, и значительно меньшим там, где трещины в известняках встречаются редко, а растворение было назначительным.
Проницаемость большинства магматических пород зависит от количества и размера рассекающих их трещин. Некоторые лавовые потоки и отложения, состоящие из кусочков пемзы, настолько проницаемы для воды, что по ним редко текут реки. В то же время некоторые площади, сложенные гранитами, настолько водонепроницаемы, что в их водном режиме резко доминирует поверхностный сток. Колодцы и скважины. Рытье колодцев и бурение на воду восходят к древнейшим историческим эпохам. Впервые бурение с целью получения воды было произведено в Китае и Индии. Ирригационные работы с использованием колодезной воды производились в Вавилоне еще за 2000 лет до н. э. В настоящее время в Индии и США из колодцев и скважин орошается больше земель, чем из рек.
Многие колодцы представляют собой просто мелкие углубления, выкопанные или пробуренные в земле ниже уровня грунтовых вод. Они служат резервуарами, в которые стекают грунтовые воды и из которых воду можно откачивать.
Места для большинства новых колодцев и скважин, предназначенных для получения большого количества воды, выбирают очень осторожно, лишь после тщательного гидрологического анализа таких факторов, как количество атмосферных осадков на питающей площади, литология пород, их текстура и водопроницаемость.
Даже в случае пород с высокой проницаемостью удаление воды через колодец или скважину понижает уровень грунтовых вод в сторону колодца (скважины). В породах с низкой проницаемостью депрессионная воронка имеет вид конуса с крутыми стенками, радиус которого может быть не более нескольких сотен метров. Однако в однородных проницаемых песках и гравии депрессионная воронка колодца, из которого откачивают много воды, может распространяться на несколько километров и накладываться на депрессионную воронку соседнего колодца или скважины. Если из системы колодцев (скважин) нужно выкачать много воды, то располагать их следует таким образом, чтобы максимальный выход воды можно было получить из наименьшего числа колодцев.
В некоторых районах на территории США с начала 1800-х гг. практикуется искусственное подпитывание колодцев. Воду можно закачивать в грунт, увеличивая таким образом гидростатическое давление, скорость инфильтрации и уменьшая время, необходимое для восстановления в колодце прежнего уровня воды. Это служит двум целям - сохранению воды и улучшению ее качества, а кроме того, позволяет, увеличив скорость пополнения, иногда за счет добавления воды с поверхности, уменьшить минерализацию грунтовых вод и изменить их температуру. Артезианские колодцы и скважины. Артезианские колодцы получили свое название от французской провинции Артуа, где во многих колодцах вода поднималась выше поверхности земли, и била фонтаном. Сегодня название «артезианский» распространяется на любой колодец, где грунтовые воды поднимаются выше отметки, на которой они были встречены сначала; вода не обязательно должна изливаться на поверхность.
Артезианское течение возникает вследствие разности гидростатического давления в различных частях замкнутого водоносного горизонта. Водоносный горизонт в артезианской системе можно сравнить с водопроводной трубой из проницаемых пород, в которой приток воды больше, чем расход. Для самоизливающегося артезианского колодца (скважины) в слоистых осадочных породах необходимы следующие условия:
1) должен присутствовать водоносный горизонт, который мо¬жет содержать и поставлять воду;
2) сверху и снизу водоносный горизонт должен быть ограничен водонепроницаемыми слоями, сдерживающими воду и предотвращающими ее утечку;
3) водоносный горизонт в области питания должен размещаться гипсометрически выше, чем в местах, где расположены колодцы.
Эти требования относятся только к осадочным слоям. Некоторые артезианские воды получены из пород других типов, даже из неконсолидированных осадков, но там, где артезианские воды вскрываются колодцами и скважинами, они должны находиться под гидростатическим давлением.
Во многих случаях области питания артезианских вод находятся в десятках и даже в сотнях километров от скважин. Большинство скважин в артезианском бассейне, образованном знаменитыми песчаниками Дакота в шт. Северная и Южная Дакота, достигают глубины 300 м и более и расположены на расстоянии 250 км от области питания. Этот водоносный горизонт дает основную массу используемой в обоих штатах воды.
Хотя в ледниковых наносах артезианские колодцы не достигают и 30 м глубины, в твердых породах артезианские воды встречаются на глубинах более 1 км. Охрана подземных вод. В прошлом большинство жителей США никогда не задумывались о запасах воды. Это отношение было обусловлено достаточно высоким среднегодовым количеством осадков в густонаселенных районах и существованием крупных рек и озер внутри страны. Обычно люди мало думают о воде, как о полезном ископаемом, в котором они нуждаются, считая ее запасы неисчерпаемыми. Однако за последние несколько десятилетий в связи с увеличением численности населения и ростом потребления воды промышленностью мы стали лучше понимать, что трудности, связанные как с количеством, так и с качеством наших водных ресурсов, увеличиваются и что мы должны избавиться от расточительных и вредных привычек и придумать надежные способы сохранения запасов воды.
Для сохранения запасов подземных вод можно предпринять следующие шаги: 1) ограничить скорость откачивания
воды так, чтобы она не превышала скорости естественного притока; 2) избегать потерь, особенно за счет вытекания или просачивания из колодцев и скважин; 3) предотвращать продвижение морской воды на сушу по водоносным горизонтам, которые выходят на поверхность на дне акваторий; 4) контролировать использование водоносных горизонтов для захоронения отходов; 5) уменьшить потери за счет испарения, используя для каждого полива сельскохозяйственных культур лишь необходимое и вовремя расходуемое количество воды и изменив технологию охлаждения промышленных вод; 6) способствовать пополнению запасов воды путем искусственного подпитывания колодцев и предотвращения избыточного стока поверхностных вод; 7) возвращать обратно в грунт воду, использованную для охлаждения в промышленности и кондиционирования воздуха, и восстановленную использованную воду. Одна из главных причин потерь пресной воды - это смешивание ее со сточными и другими отработанными водами, в результате чего она становится непригодной для повторного использования. Если применять не разбавление, а другие существующие методы очистки отработанной воды, то ее можно использовать повторно, увеличив, таким образом, общее количество пригодной воды. Проблемы, связанные с подземными водами. Кроме очевидных проблем, связанных с открытием и сохранением запасов питьевой воды, использование подземных вод сопровождается рядом других сложностей. Например, при интенсивном откачивании воды из колодцев и скважин уменьшается поддерживающая сила пластового давления воды, в резуль-тате чего происходит уплотнение водоносных слоев. Это не только сокращает дебит воды, но местами приводит к проседанию поверхности земли. В долине Сан-Хоакин в шт. Калифорния такое проседание грунта рвет полотно дорог, оросительные каналы и трубопроводы, которые требуют дорогостоящего ремонта. Кое-где на морском побережье, например у острова Лонг-Айленд, на полуострове Флорида, у берегов Мексиканского залива и в других местах, подток морской воды в грунтовые воды препятствует изливанию их на дно моря, но позволяет морской воде проникать в водоносные горизонты на суше, уменьшая таким образом запасы пресной воды. Часто наблюдается понижение регионального уровня грунтовых вод на несколько десятков метров и уменьшение артезианского напора. Некоторые водоносные горизонты находятся на грани истощения. В ряде районов важной проблемой является загрязнение. Точно так же как безвредная или почти безвредная соль, которой посыпают дороги в снежные и морозные зимы, проникает в грунтовые воды, туда же попадают вредные примеси и ядовитые вещества. Загрязнение может произойти от туалетов, от зараженных поливных полей, от загонов для крупного рогатого скота и свинарников, от полей с минеральными удобрениями, от свалок мусора и «санитарных» отходов, от распыляемых ядохимикатов и отходов химических предприятий и т. д. Эту проблему приходится решать во многих районах.
Комментариев нет:
Отправить комментарий