Подземные воды - Контрольная работа

Пласты пористых или трещиноватых горных пород образуют водоносные горизонты, по зонам тектонических нарушений вода может перетекать из одного водоносного горизонта в другой, на участках трещиноватых интрузивных или метаморфических пород формируются водоносные зоны и т.д. При этом вода всегда находится в тесном взаимодействии, в подвижном равновесии с вмещающими ее горными породами, с газами, с живым или погребенным в недрах органическим веществом. В расширенном определении гидрогеология - это наука о подземной гидросфере, изучающая ее эволюцию, составные компоненты, протекающие в ней процессы, влияние на подземную гидросферу других оболочек Земли, закономерности пространственного распределения скоплений подземных вод, ресурсы, свойства, состав, режим подземных вод в связи с решением строительных, мелиоративных, экологических, поисковых, прогностических и других задач. На всех стадиях геологического развития Земли существо вали основные известные нам сегодня формы круговоротов воды в гидросфере, а значит, и все известные сегодня генетические типы подземных вод. Многие реки начинаются высоко в горах, где основным источником их питания являются ледники Горные ледники хранят значительные запасы воды Только в ледниках Средней Азии аккумулируется около 900 км3 воды Таяние льда в жаркий период года, когда большинство рек мелеет, способствует тому, что реки, имеющие свои истоки у края ледников, становятся наиболее полноводными именно летом, когда воды не хватает для орошения и водоснабжения.

Специальность «Гидрогеология и инженерная геология» была организована в нашей стране в 1929 г. За время подготовки специалистов такого профиля издано около 20 учебников по общей гидрогеологии, в которых изложены современные методологические основы обучения, системного подхода в изложении материала, главные понятия и формулировки. Гидросфера является общеземной системой и представляет собой одну из оболочек Земли, а подземные воды занимают важное место в структуре гидросферы.

Высокая подвижность подземных вод определяет их исключительную роль в геологических процессах, происходящих в земной коре. В частности, движение подземных вод отражает проявление общих для Земли законов движения масс в гравитационном, электромагнитном и тепловых полях планеты.

1. Гидрогеология

Гидрогеология, если раскрыть ее название, представляет собой науку о водах недр Земли. Объектом гидрогеологии являются подземные воды, т.е. воды, находящиеся ниже поверхности Земли (дна Мирового океана и водоемов). Эти воды находятся в тесной взаимосвязи с поверхностными водами, представляющими объект изучения другой науки - гидрологии. Исходя из сказанного, более правильно следует определять гидрогеологию, как науку о подземной гидросфере [5].

Нахождение воды в недрах Земли подчинено геологическому строению территорий. Пласты пористых или трещиноватых горных пород образуют водоносные горизонты, по зонам тектонических нарушений вода может перетекать из одного водоносного горизонта в другой, на участках трещиноватых интрузивных или метаморфических пород формируются водоносные зоны и т.д. При этом вода всегда находится в тесном взаимодействии, в подвижном равновесии с вмещающими ее горными породами, с газами, с живым или погребенным в недрах органическим веществом. Всякое изменение физико-химических условий в недрах приводит к смещению равновесий, т.е. к изменению интенсивности или направленности процессов, с помощью которых осуществляется это взаимодействие. Предметом гидрогеологии является изучение системы вода-порода-газ-живое вещество.

В расширенном определении гидрогеология - это наука о подземной гидросфере, изучающая ее эволюцию, составные компоненты, протекающие в ней процессы, влияние на подземную гидросферу других оболочек Земли, закономерности пространственного распределения скоплений подземных вод, ресурсы, свойства, состав, режим подземных вод в связи с решением строительных, мелиоративных, экологических, поисковых, прогностических и других задач.

Гидрогеология состоит из ряда разделов, некоторые из них все больше и больше получают индивидуальное развитие и могут перерастать в самостоятельную научную дисциплину. Гидрогеологию целесообразно разделить на две основные составные части, определяющие соответственно ее теоретическое и методически-прикладное содержание. К первой относятся общая гидрогеология, динамика подземных вод, гидрогеотермия, гидрогеохимия, палеогидрогеология, региональная гидрогеология.

2. Подземные воды

Наружный слой Земли, составляющий около 20% ее массы, образовался чрезвычайно быстро - за 105 - 107 лет. Если по этой массе рассчитать мощность данного слоя (учитывая, что плотность есть функция радиуса Земли), то она окажется равной приблизительно 630-640 км, т.е. подошва наружного слоя будет соответствовать середине переходного слоя, находящегося по современным оценкам на глубине от 400 до 1000 км. Переходный слой отделяет верхнюю мантию от нижней. Если принять эту гипотезу, то можно предположить, что возникшая на последней стадии конденсации туманности водная оболочка Земли в принципе могла взаимодействовать только с наружным, назовем его 20%-ным слоем, т.е. с литосферой, верхней мантией, астеносферой и верхней частью подастеносферных слоев. Для того чтобы такое взаимодействие произошло, необходимы определенные условия: 1) тектоническая раздробленность литосферы, 2) передвижение масс 20%-ного слоя как по радиальной координате (вверх и вниз), так и по сфере.

Нет оснований сомневаться, что к началу конденсации водяных паров первое условие выполнялось. Колебание температур в 20%-ном слое, определяемое охлаждением при конденсации в период его возникновения, последующим разогревом при гравитационном уплотнении и накоплении радиогенного тепла, должно было привести к формированию сингенетичной пористости. Экспериментальные исследования показали, что анизотропия температурного расширения минералов и особенно полиминеральных пород является основной причиной возникновения перового пространства. И даже уплотняющее давление, уменьшающее пористость, полностью не компенсируют эффекта теплового расширения.

Безводные, сухие породы более склонны к хрупким деформациям, чем породы влажные. А это означает, что до образования водной оболочки 20%-ный слой, по-видимому, имел не только развитую пористость, но и достаточно высокую трещиноватость, формирующуюся под действием температурных и гравитационных напряжений. Поскольку сухие горные породы являются идеальными конденсаторами, способными извлечь воду из воздуха, влажность которого еще далека от насыщения, то в горных породах физически связанные воды были одной из первых известных нам сегодня форм природных подземных вод. Если на ранней стадии формирования гидросферы допустить достаточно активную диссоциацию воды, то одновременно или вслед за ее сорбцией должны были возникнуть процессы гидратации и гидролиза, обусловливающие проникновение воды в кристаллическую решетку минералов.

Гравитационные воды накапливались на следующем этапе, причем вначале подземные, а потом поверхностные. Разумеется, границу между этими стадиями провести трудно. Правильнее, наверное, говорить, что вначале преобладало накопление подземных вод - вод литосферы, а на завершающем этапе преобладало накопление океанических вод.

В процессе эволюции тектонических режимов эволюционировали и формы круговорота воды. Климатический тип круговорота, очевидно, начал существовать с того момента, как появились суша и океан. Однако в современном виде он оформился скорей всего недавно - с момента появления и становления современных океанов и континентов. Литогенический цикл круговорота появился вместе с осадочными породами начиная с протерозоя и наиболее понятен для нас. Собственно геологический цикл оформлялся вместе с механизмом плитной тектоники. В самом общем виде эволюцию круговоротов воды и появление связанных с ними разных типов подземных вод можно представить в виде следующей схемы.

Пангеосинклинальный режим тектоносферы. Преобладали формы круговорота, связанные с магматизмом и региональным метаморфизмом.

Режим неустойчивых протогеосинклиналей. Метаморфогенный и магматогенный круговороты стали менее активны и по гидрогеологической своей роли в структуре гидросферы, вероятно, были близки литогеническому циклу, появился собственно геологический цикл.

Режим устойчивых геосинклиналей и платформ. Магматогенный и метаморфогенный круговороты стали играть подчиненную роль и приобрели локальное значение. Литогенический и собственно геологический типы круговорота получили свое дальней шее развитие. Оформились в современном виде климатические круговороты.

Таким образом, можно построить планетарную схему формирования подземных вод.

На догеологическом этапе истории Земли (ранее 3,6 млрд. лет назад) на завершающей стадии конденсации космической газовой туманности возникла первичная гидросфера. Появление ее началось с накопления различных форм воды в 20%-ном слое, имевшем к тому времени развитую пористость и трещиноватость.

Насыщение 20%-ного слоя водой определило его дальнейшую геологическую историю. Переход 20%-ного слоя из твердого в вязкопластичное состояние обусловил развитие пангеосинклинального тектонического режима, с которого начался обратный процесс - обезвоживание мантии. Этот процесс продолжается и в наши дни.

Появление и дальнейшее развитие жизни на Земле предопределило характер протекания физико-геологических процессов на поверхности и в недрах Земли. Вода и жизнь являются теми главными силами, которые формируют современный лик нашей планеты.

На всех стадиях геологического развития Земли существо вали основные известные нам сегодня формы круговоротов воды в гидросфере, а значит, и все известные сегодня генетические типы подземных вод. Однако роль различных типов круговоротов в формировании подземных вод менялась. Вначале преобладали магматогенные воды, затем седиментогенные и инфильтрогенные.

3. Ресурсы поверхностных вод и запасы льдов гидрогеология круговорот поверхностный вода

Когда говорят о водных ресурсах, то в первую очередь имеют в виду пресные воды. Известно, что основная масса пресных вод сосредоточена в реках и озерах. В одном только оз. Байкал находится 23 тыс. км3 пресных вод прекрасного качества. Правда, в последние годы возникла опасность его ухудшения, поскольку в озеро стали попадать стоки целлюлозного комбината. Необходимые меры защиты оз. Байкал предпринимаются, поскольку это уникальное явление природы. В нем накопилось примерно 20% мировых запасов пресной озерной воды. По оценке гидрологов [15], в нашей стране насчитывается 2963398 рек общей протяженностью 9647864 км и также 2854166 озер (не считая Каспийского и Аральского морей) с общей площадью зеркала воды 488 440 км2 и объемом пресной воды 24,5 тыс. км3. Кроме того, на территории СССР построено более 100000 водохранилищ с объемом воды 850 км3.

Большинство рек и водохранилищ, а также многие озера являются пресноводными.

Густота речной сети и полноводность рек зависят в значительной степени от ландшафтно-климатических условий. Наиболее благоприятные условия для формирования речного стока наблюдаются в зоне избыточного увлажнения (гумидного климата). Так, 54% территории СССР относится к водосбору рек, стекающих в окраинные моря Северного Ледовитого океана. Через них проходит 63% стока рек нашей страны. Для водосбора рек Тихого океана эти цифры соответственно 15 и 21%, Балтийского моря - 2 и 4%, Черного и Азовского морей - 6 и 3%, а в бессточных Аральском и Каспийском бассейнах 23 и 9%. При рассмотрении цикла поверхностного стока (гл. 3) приводились некоторые цифры стока рек в моря. В целом же для территории СССР среднегодовой объем речного стока равен 4740 км3 (10,6% от речного стока на земном шаре). По этому показателю наша страна занимает второе место в мире после Бразилии (9230 км3). По значению речного стока, приходящегося на одного человека (17500 м3/год), - пятое место в мире, а на единицу площади (212 тыс. м3/км2 в год) девятое - десятое места в мире (рис. 12.2) [15]. Таким образом, наши реки - огромное наше достояние, но, как уже было сказано, поверхностный сток распределен неравномерно. Это, конечно, создает определенные трудности в его использовании.

Для оценки характера распределения речного стока, как и для подземного стока (гл. 7), используется показатель, называемый модулем поверхностного стока. Он представляет собой отношение суммарного объема поверхностного стока к площади водосбора [л/(с-км2)].

Наибольшими значениями модуля поверхностного стока - до 20-50 л/(с-км2) - характеризуются горные районы Кавказа, Урала, Тянь-Шаня, Алтая, Камчатки. Если же рассматривать средние их значения для крупных областей стока, то последние в убывающем порядке расположатся так: бассейн рек Баренцева и Белого морей (11,4), Берингова, Охотского и Японского морей (8,7), Балтийского моря (8,2), Восточно-Сибирского, Карского и Чукотского морей (6,5), Черного и Азовского морей (3,7) и Каспийского моря [3,2 л/(с-км2)]. Минимальными значениями модуля поверхностного стока [менее 0,1-0,5 л/(с-км2)] характеризуются равнинные районы Казахстана и Средней Азии.

С древнейших времен реки влекли человека, обеспечивая его водой и служа ориентирами. На реках возникли великие цивилизации - китайская (реки Хуанхэ и Янцзы), индийская (р. Ганг), шумерско-вавилонская (реки Тигр и Евфрат), египетская (р. Нил). По рекам можно изучать историю народов и государств, а по наименованиям рек (их изучение называется гидронимикой) восстанавливать историю языка, в частности, древнее имя воды. Оказывается, «дон», «ус», «ва», «су», «об», «дарья» - эти слоги или слова обозначают одно и то же - «вода». И сейчас реки являются «точками опоры» человека при его расселении и освоении им природных богатств. Но если раньше, каких-то 50-100 лет назад, на реках практически не сказывалась человеческая деятельность, то теперь этого сказать уже нельзя. В 1884 г. крупнейший географ А.И. Воейков дал такую формулировку: «реки можно рассматривать как продукт климата». В 30-е годы XX в. эта формулировка была расширена «реки - продукт географического ландшафта в целом, включая в него кроме климата геологию, геоморфологию, почвы и растительность» Теперь же к этому надо добавить еще один фактор - человеческую деятельность Она по своему воздействию на реки теперь часто не уступает природным факторам Вспомним роль плотин, водохранилищ, каналов, отстойников, шламохранилищ и др

В СССР особенно сильно пострадали от антропогенной нагрузки реки зоны недостаточного увлажнения на юге европейской части и Средней Азии Годовой сток рек Днепр, Дон, Кубань, Терек, Амударья уменьшился на 17-40%, а в маловодные годы - на 40-60%. Изменяется режим рек, растет минерализация и ухудшается качество вод Интенсивное использование некоторых рек на орошение земель приводит к тому, что они превращаются в каналы для сброса неоднократно использованных вод оросительных систем

Реки, протекающие в условиях гумидного климата, значительно меньше изменяют свой режим под влиянием хозяйственной деятельности, чем в аридных районах Но если речной сток уменьшается действительно ненамного, то гидрохимический и тепловой режим в некоторых районах меняется весьма существенно Такие явления наблюдаются вблизи городских агломераций, крупных химических и целлюлозно-бумажных комбинатов, горнорудных предприятий

Многие реки начинаются высоко в горах, где основным источником их питания являются ледники Горные ледники хранят значительные запасы воды Только в ледниках Средней Азии аккумулируется около 900 км3 воды Таяние льда в жаркий период года, когда большинство рек мелеет, способствует тому, что реки, имеющие свои истоки у края ледников, становятся наиболее полноводными именно летом, когда воды не хватает для орошения и водоснабжения. Это исключительно важная и полезная особенность рек, питающихся талыми водами ледников Следует отметить, что горные ледники выполняют весьма заметную роль по регулированию поверхностного и подземного стока, растягивая во времени поступление атмосферных вод в реки и водоносные горизонты

Горные ледники, а их у нас более 5600, занимают в нашей стране значительную площадь - более 20000 км2 Наибольшее распространение они получили в горах Средней Азии - соответственно 2500 и 17000 км2, затем на Кавказе-1400 и 1970 км2, в Верхояно-Колымской области - 950 и 600 км2, на Алтае - 754 и 600 км2, на Урале - 50 и 15 км2

На севере СССР широкое развитие получило покровное оледенение Оно охватывает острова Новой Земли, Северной Земли, Земли Франца-Иосифа и др Ледники Арктики занимают площадь 54000 км2, т.е. более чем в три раза превышающую таковую у горных ледников Соответственно и запасы воды у покровных ледников значительно больше, чем у горных, - соответственно 11,7 и 1,1 тыс. км3 [15]

Заметим, кстати, что запасы покровного льда в нашей стране несравнимо малы с тем количеством, которое образовалось на Гренландии - 2,3 млн. км3 и в Антарктиде (рис 123) - 30 млн. км3 [7] Вода в этих областях временно законсервирована в виде льда несколько миллионов лет назад. Если эти покровные льды растают, то уровень воды в океане поднимется на 60 м и более Это было бы огромным бедствием для стран, расположенных на прибрежно-морских пространствах Недаром гляциолог Роберт Шарп назвал ледники дамокловым мечом, нависшим над головами людей, живущих вблизи моря Поэтому всегда следует помнить о важной регулирующей роли ледников в водном балансе земного шара

Вода в твердой фазе, как указывалось в гл 4 и 9, имеется не только на поверхности Земли, но и в ее недрах, где образует криолитозону - зону многолетней мерзлоты По приблизительной оценке объем подземных льдов ММП равен 100-120 тыс. км3, т.е. он значительно превышает то количество льда, которое скопилось на поверхности Земли в пределах территории нашей страны Вот теперь, зная, какими ресурсами воды мы располагаем в наземной гидросфере, а также в твердой фазе в криолитозоне, перейдем к особенностям распределения ресурсов подземных вод.

5. Ресурсы подземных вод гидрогеология круговорот поверхностный вода

Для региональной оценки естественных ресурсов пресных подземных вод используется гидролого-гидрогеологический метод расчленения гидрографа речного стока по источникам питания, разработанный Б.И. Куделиным (см. рис. 7.8). С помощью этого метода в 60-е годы были определены среднемноголетний подземный сток в реки, или естественные ресурсы пресных подземных вод зоны интенсивного водообмена. Их суммарное значение для территории СССР оценено в 32 924 м3/с, что составляет около 22% от общего речного стока [13]. Эта цифра в последующие годы не уточнялась.

Закономерности распределения естественных ресурсов на территории СССР показаны на схеме (см. рис. 7.9), где приведены среднемноголетние модули подземного стока. Их значения, как уже отмечалось (гл. 7), отражают влияние климатических условий - географической зональности. Так, в северных районах (бассейны стока в Белое и Баренцево моря) они достигают 1,5 - 3,0 л/(с-км2), а на юге (бассейны стока в Черное и Каспийское моря) не превышают 0,5-0,1 л/(с-км2).

На распределении подземного стока сказывается также влияние рельефа, и прежде всего высотной поясности, которая регулирует изменение ландшафтно-климатических условий и степени расчленения рельефа в разных высотных зонах. С высотой подземный сток обычно увеличивается вслед за ростом количества выпадающих атмосферных осадков и степени дренированности водоносных комплексов. Так, в предгорных районах Кавказа значения модуля подземного стока, как правило, не превышают 1 л/(с-км2), в средне- и высокогорных районах возрастают до 10-20 л/(с-км2). На Валдайской и Приволжской возвышенностях модуль подземного стока несколько больше, чем на примыкающих к ним равнинах, - соответственно 2-3 и 1,0-1,5 л/(СХ Хкм2).

Значительные естественные ресурсы подземных вод формируются в районах развития карста. Так, на Уфимском плато, сложенном закарстованными породами нижней перми, модуль подземного стока достигает 4 л/(с-км2). В близлежащих районах, где карст не проявился, его значения равны 1,5-2,0 л/(с-км2). Особенно усиливается подземный сток в закарстованных горных районах (Урал, Крым, Кавказ).

Весьма благоприятные условия складываются также в районах, сложенных хорошо проницаемыми песчано-галечниковыми отложениями, например в предгорных шлейфах, где модули подземного стока достигают нескольких десятков литров в секунду с 1 км2. Значительные ресурсы подземных вод формируются в областях их питания на окраинах артезианских бассейнов, расположенных в зоне гумидного климата. Модули подземного стока в этих районах составляют 3-4 л/(с-км2).

Значительно уменьшаются естественные ресурсы подземных вод в районах развития многолетней мерзлоты, где затруднено инфильтрационное питание подземных вод. На севере Восточно-Сибирской платформы модуль подземного стока не превышает 0,5 л/(с-км2). Для районов развития многолетней мерзлоты характерно образование наледей, аккумулирующих подземный сток в зимний период. Таяние наледей увеличивает меженный сток рек в летний период.

В гл. 10 указывалось различие понятий естественные ресурсы и естественные запасы подземных вод. Первое характеризует расход, а второе - объем подземных вод в горизонте, комплексе, структуре. Рассмотрим теперь закономерности распределения естественных запасов подземных вод.

Естественные запасы подземных вод на нашей планете весьма значительны, но их оценка представляет сложную задачу, поскольку слишком приближенно берутся расчетные параметры Напомним, что и при расчете объема подземной гидросферы также возникают большие трудности - неодинаков подход к учету разных видов и фазовых состояний воды. Сильно различается также и глубина, для которой подсчитываются количества воды в литосфере. Так, например, А. Полдерварт [14] и В.Ф. Дерп-гольц [2] определили объем подземной гидросферы соответственно в 840 и 1050 млн. км3. Видимо, в дальнейшем эти цифры будут уточняться, но для нас важно обратить внимание на порядок цифр.

Общие запасы пресных подземных вод на планете М.И. Львовичем оцениваются примерно в 4 млн. км3 [8]. Как мы видим, эта величина составляет всего лишь 0,4-0,5% от общего объема подземной гидросферы, в которой преобладают соленые воды и рассолы. Естественные запасы пресных подземных вод на территории СССР составляют около 0,6-0,7 млн. км3. Эта цифра нуждается в дальнейшем уточнении, поскольку средняя мощность зоны пресных вод принята условно равной 200 м.

Распределение естественных запасов пресных подземных вод на территории нашей страны весьма неравномерно. Наибольшие их объемы накопились в артезианских бассейнах с хорошо проницаемыми отложениями, имеющими значительную мощность зоны пресных вод. Такая обстановка складывается в байкальских впадинах, на севере Сахалина, на юго-востоке Западной Сибири. Для сравнительной оценки естественных запасов вводится понятие их модуля - количества воды (млн. м3), которое можно получить с 1 км2 площади водоносного горизонта при его осушении. Наибольшие модули естественных запасов пресных подземных вод (до 20 млн. м3/км2) отмечаются в предгорных шлейфах Средней Азии, Южного Казахстана, Предкавказья. Так, значения этого модуля в бучакском водоносном горизонте Днепровско-Донецкой впадины достигает 5 млн. м3/км2.

Многие районы характеризуются весьма небольшими запасами пресных подземных вод. К ним относятся прежде всего области развития многолетней мерзлоты, где зона пресных вод проморожена. Также малы их запасы в областях развития процессов континентального засоления (Центральный Казахстан, Приаралье, Прикаспийская впадина), в районах распространения пород со слабой проницаемостью (Балтийский щит).

В гл. 10 была дана формулировка эксплуатационных запасов подземных вод, т.е. того количества воды, которое можно извлекать из недр, соблюдая определенные требования к режиму эксплуатации. Региональная оценка эксплуатационных запасов подземных вод - делается в порядке прогноза по специальной методике с использованием моделирования, в том числе и на ЭВМ. Такая оценка выполнена для 25 артезианских бассейнов [3], эксплуатационные запасы для них составляют 4050 м3/с. В число этих бассейнов вошли Московский, Азово-Кубанский, Днепровско-Донецкий, Западно-Сибирский, Иркутский, Причерноморский, Прибалтийский, Терско-Кумский, Ферганский и др. Вместе с тем ориентировочная оценка эксплуатационных запасов подземных вод сделана и для всей территории СССР. Такая работа была проведена производственными геологическими объединениями под научно-методическим руководством ВСЕГИНГЕО [3].

Прогнозные эксплуатационные запасы пресных подземных вод оцениваются для территории Советского Союза цифрой 10300 м3/с [3, 10]. Они составляют примерно 90% от естественных ресурсов. Закономерности распределения эксплуатационных запасов подземных вод в разных структурно-гидрогеологических условиях примерно такие же, как и для естественных ресурсов. Наибольшие эксплуатационные запасы пресных вод сосредоточены в артезианских бассейнах платформенного типа (Московский, Волго-Камский, Днепровско-Донецкий, Кулундино-Барнаульский и др.) и в артезианских бассейнах межгорного и предгорного типа (Кавказ, Тянь-Шань, Алтай, юг Дальнего Востока).

Сравнение обводненности территории проводится по модулю эксплуатационных запасов. Наибольшими модулями эксплуатационных запасов характеризуются межгорные бассейны и конуса выносов. В Араратском, Чуйском, Иссык-Кульском, Ферганском артезианских бассейнах, конусах выноса Кавказа и Тянь-Шаня они достигают 210 л/(с-км2). Производительность отдельных водозаборов достигает нескольких кубических метров в секунду. Такие водозаборы способны удовлетворять потребности крупных городов, промышленных предприятий и ирригационных систем.

Прогнозные запасы проверяются гидрогеологической разведкой месторождений подземных вод. Ежегодно ведется разведка более чем на 1000 объектах. Результаты разведки утверждаются, как говорилось в гл. 10, в ГКЗ или ТКЗ. Если сравнивать утвержденные запасы с прогнозными, то видно, что возможности для расширения водоснабжения за счет подземных вод имеются, и немалые. Для территории СССР гидрогеологической разведкой освоено лишь примерно 12% от суммы прогнозных запасов (или около 1200 м3/с). Из них на водоснабжение городов расходуется 320-350, сельских объектов 180-200 и на орошение земель 200 м3/с. В сумме это составляет 700-750 м3/с, или 7% от прогнозных запасов [3]. Это свидетельствует о значительных потенциальных возможностях расширения использования пресных подземных вод для различных практических целей. Но следует иметь в виду, что невысокий коэффициент использования наблюдается в пределах хорошо обводненных территорий, а в областях засушливого климата и слабой обводненности он приближается к максимальному и обычно превышает 50-60%.

Модули эксплуатационных запасов до 2-5 л/(с-км2) отмечаются во многих артезианских бассейнах платформенного типа - Московском, Днепровско-Донецком, Прибалтийском, Чулымо-Енисейском и др. Наибольшие их значения установлены в долинах рек, районах развития пород повышенной обводненности (за-карстованные известняки, гравийно-песчаные отложения). В процессе эксплуатации некоторых водозаборов увеличение их производительности происходит за счет притока поверхностных вод и подземных вод других горизонтов. В некоторых случаях это способствует улучшению качества эксплуатируемых вод (снижение жесткости и минерализации, обезжелезивание и др.), но нередко наблюдается обратная картина, особенно когда при осушении верхних горизонтов происходит подтягивание соленых вод с глубины.

Модули эксплуатационных запасов пресных подземных вод в районах с неблагоприятными условиями их формирования обычно не превышают 0,1 л/(с-км2). Такая обстановка наблюдается на Южном Урале в Центральном Казахстане, Донбассе, Прикаспии и др., но и в этих условиях можно найти участки с высокой обводненностью пород. Это - зоны тектонических нарушений, участки с закарстованными породами, долины крупных рек.

Оценка ресурсов и запасов подземных вод проводится не только для целей водоснабжения. Она выполняется также для выявления закономерностей распространения скоплений минеральных лечебных, промышленно ценных и теплоэнергетических вод, а также для определения потенциальных возможностей их эксплуатации.

Среди лечебных вод наибольшее значение имеют углекислые, сероводородные, йодистые, бромистые, радоновые воды. Они используются для лечения непосредственно на курортах и в баль-неолечебницах, а на ряде месторождений для розлива воды в бутылки и применения этих вод в качестве лечебно-столовых. На территории Советского Союза эксплуатируется более 500 месторождений минеральных вод. Их сеть постоянно расширяется. Ежегодно разведуются и подсчитываются запасы минеральных вод на 10-15 эксплуатируемых месторождениях, открываются новые проявления и месторождения минеральных вод.

Эксплуатационные запасы углекислых вод составляют в нашей стране примерно 100 тыс. м3/сут. Углекислые воды тяготеют к областям современного и молодого вулканизма (Карпаты, Кавказ, Тянь-Шань, Саяны, Забайкалье, Приморье, Камчатка). Наиболее известные среди крупных месторождений углекислых вод находятся на Кавказе (Кисловодское, Ессентукское, Боржомское).

Эксплуатационные запасы сероводородных вод превышают 35 тыс. м3/сут [11]. Наиболее крупные их запасы формируются в гипсозо-ангидритовых и нефтегазоносных отложениях межгорных впадин, краевых прогибов и сопряженных с ними платформенных областей. Это прежде всего Предкарпатский, Закарпатский, Индоло-Кубанский, Терско-Каспийский, Амударьинский, Предкопетдагский, Предуральский прогибы, многие межгорные впадины (Куринская, Рионская, Ферганская и др.), Волго-Уральская область, некоторые районы Скифской плиты. Наибольшие запасы сероводородных вод установлены на месторождениях Ма-цеста (район Сочи) и Кемери (Прибалтика).

Йодистые и бромистые воды формируются в глубокозалегающих горизонтах артезианских бассейнов платформенного типа. Их эксплуатационные запасы оцениваются примерно в 11 тыс. м3/сут [И] Одним из крупных месторождений бромистых вод является Старорусское, расположенное к югу от оз. Ильмень.

Эксплуатационные запасы радоновых вод равны примерно 7 тыс. м3/сут [11]. В большинстве случаев радоновые воды проявляются в районах развития кислых интрузивных пород и их жильных дериватов.

Среди других типов минеральных лечебных вод, эксплуатирующихся в нашей стране, следует отметить также железистые и мышьяковистые. Их эксплуатационные запасы значительно уступают рассмотренным выше.

Использование подземных вод как химического сырья ведется в ограниченных размерах. Примером месторождений бромных рассолов являются Краснокамское, йодных соленых вод - Семи-горское и Чартакское, иодо-бромных рассолов - Челекенское Большинство вод такого типа имеют высокую минерализацию и распространены в глубокозалегающих водоносных горизонтах артезианских бассейнов. Следует отметить, что естественные запасы промышленно ценных рассолов в нашей стране значительные. Например, только для центральной части Московского артезианского бассейна они оцениваются в 37,8 - 1015 м3. Поэтому разведанные запасы таких вод составляют очень маленькую долю от того, что можно взять в недрах. То же самое можно сказать о водах, представляющих собой химическое сырье на бор, калий, рубидий, цезий, стронций.

Комплексное использование подземных вод представляет собой важную, но пока недостаточно эффективно решаемую народнохозяйственную задачу. Дальнейшее совершенствование технологии извлечения полезных компонентов из подземных вод значительно расширит возможности практического использования гидроминерального сырья. В качестве одного из источников такого сырья необходимо привлекать техногенные воды (нефтепромысловые, солепромысловые, шахтные и др), поскольку их переработка позволит не только получать промышленно ценные компоненты, но и будет способствовать охране окружающей среды.

Ресурсы подземных вод теплоэнергетического назначения изучены недостаточно. Имеются лишь прогнозные оценки термальных вод для территории СССР, сделанные Б.Ф. Маврицким [9] Так, для складчатых областей прогнозные ресурсы термальных вод им оцениваются в 6,6 м3/с, а пароводяной смеси - в 5 т/с. Наиболее благоприятные условия для использования подземного тепла имеются в Камчатско-Курильской области, где функционирует Паужетская ГЕОТЭС с мощностью около 11 МВТ и ведется разведка ряда месторождений термальных вод (Мутновское, Ко-шелевское и др.)

Артезианские бассейны обладают значительно большими ресурсами Так, в пределах платформенных областей они определены примерно в 220 м3/с Почти 78% из них находится в Западно Сибирской артезианской области

Несмотря на то что основные ресурсы термальных вод приурочены к артезианским областям, их практическое использование затруднено из за высокой минерализации воды, отсутствия необходимых геолого-экономических показателей рентабельности комплексной эксплуатации месторождений сотеных термальных вод (рис 12 4) Вместе с тем перспективы, конечно, имеются. Так, например, внедрение интенсивных методов разработки месторождений термальных вод с поддержанием пластовых давлений, позволяющие обратно закачивать минерализованные воды, могут дать экономию 130-140 млн. т условного топлива Это позволит гидрогеологам внести весомый вклад в выполнение энергетической программы СССР

Изложенный в настоящей главе материал позволяет сделать вывод, что наша страна исключительно богата водными ресурсами, причем это богатство определяется не только обилием ресурсов, но и разнообразием типов вод разного назначения В нашей стране, как ни в одной другой стране мира, имеются все основные типы минеральных лечебных, промышленно ценных и теплоэнергетических вод Поиски, разведка и эксплуатация месторождений различных типов подземных вод проводятся у нас в расширяющемся с каждым годом масштабе. При дальнейшем изучении подземной гидросферы гидрогеологи столкнутся с многими ранее неизвестными и неожиданными явлениями Это будет связано прежде всего как с развитием искусственного восполнения запасов подземных вод, так и с усилением техногенного воздействия на подземную гидросферу

Размещено на .ru