Запасы подземных вод. Кто осуществляет оценку запасов подземных вод? Оценка эксплуатационных запасов подземных вод при наличии привлекаемых естественных ресурсов

В соответствии с видом хозяйственного использования все подземные воды подразделяются на пресные (слабоминерализованные), используемые для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения и сельскохозяйственного орошения (питьевые, технические, оросительные); минеральные лечебные воды, применяемые для организации санаторно-курортного лечения или в качестве столовых и лечебных; минеральные промышленные, являющиеся сырьем для получения промышленно ценных компонентов (гидроминеральное сырье); термальные, или теплоэнергетические, используемые в качестве источника получения тепловой энергии.

Ресурсы подземных вод По аналогии с другими видами полезных ископаемых в гидрогеологии широко используется понятие «месторождение подземных вод», под которым следует понимать балансово-гидродинамический элемент подземной гидросферы, в пределах которого возможно получение (отбор) подземных вод определенного состава и качества в количестве, достаточном для их экономически целесообразного использования. В качестве балансово-гидродинамического элемента в этом случае рассматривается любым образом ограниченный элемент подземной гидросферы, т.е. границами месторождения в отличие от гидрогеологического района могут являться не только естественные границы того или иного вида, но и условные (расчетные) балансово- гидродинамические границы.

Ресурсы и запасы подземных вод При оценке и характеристике количеств подземных вод в гидрогеологической литературе используются термины «запасы» и «ресурсы». Иногда они рассматриваются как синонимы, однако это неверно. Термин «ресурсы» подземных вод был введен в 30-х гг. Ф.П. Саваренским специально, чтобы подчеркнуть уникальные свойства полезного ископаемого «подземные воды» – их возобновляемость. В соответствии с представлениями Ф.П. Саваренского (1934), Б.И. Куделина (1960) и других ученых, под термином «запасы» следует понимать количество воды (объем, массу), содержащееся в рассматриваемом элементе гидросферы (водоносный горизонт, участок горизонта, месторождение и т.д.); под термином «ресурсы» – величину их возобновления (восполнения) в естественных условиях или в условиях эксплуатации за определенный период времени (расход).

Естественные запасы Естественные запасы представляют собой массу (объем) подземных вод, содержащихся в рассматриваемом элементе подземной гидросферы (пласте, участке пласта, системе пластов и др.). В свою очередь они подразделяются на так называемые емкостные запасы, определяемые тем количеством воды, которое извлекается при осушении пласта, и упругие запасы, которые формируются при снижении пьезометрического уровня (пластового давления) напорных подземных вод за счет расширения воды и уплотнения минерального скелета пласта.

Естественные ресурсы Естественные ресурсы (естественно-антропогенные в условиях влияния хозяйственной деятельности), согласно Ф.П. Саваренскому, Б.И. Куделину и другим, представляют собой обеспеченный питанием приток (восполнение) подземных вод рассматриваемого элемента, равный количеству воды, поступающему в него в единицу времени (расход) в естественных условиях за счет инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек и озер, перетекания из выше- и нижележащих горизонтов, притока со смежных участков. Таким образом, они могут быть определены как сумма приходных элементов водного баланса водоносного горизонта (месторождения и др.) в естественных условиях. Наиболее строго естественные ресурсы могут быть охарактеризованы средней за многолетний период (норма) годовой величиной восполнения (возобновления) запасов подземных вод, которая может быть выражена расходом (м3/год) среднегодовым значением модуля восполнения (л/с км2) и др. Важным является то, что среднемноголетний характер этих величин позволяет выражать их в значениях различной обеспеченности (50, 95% и др.).

Ресурсы и запасы подземных вод Привлекаемые ресурсы определяются увеличением питания подземных вод рассматриваемого элемента в условиях эксплуатации за счет возникновения или усиления фильтрации из рек и озер, перетеканием из смежных горизонтов и др. Особыми категориями, характерными только для полезного ископаемого «подземная вода», являются искусственные запасы и ресурсы. Под искусственными запасами понимается масса (объем) подземных вод в пласте, сформировавшаяся за счет искусственного обводнения проницаемых (но ненасыщенных) горных пород, так называемое магазинирование подземных вод. Искусственные ресурсы определяются количеством воды (восполнением), поступающим в водоносный горизонт (месторождение и др.) в результате проведения специальных мероприятий по искусственному питанию подземных вод.

Ресурсы и запасы подземных вод Термины «эксплуатационные запасы» и «эксплуатационные ресурсы» часто рассматриваются как синонимы. Эксплуатационные запасы – количество воды (расход, м3/сут), которое может быть получено на месторождении с помощью рационального в технико-экономическом отношении водозаборного сооружения при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям целевого использования в течение расчетного срока водопотребления при условии отсутствия экологически негативных последствий эксплуатации (недопустимый ущерб речному стоку, переосушение ландшафтов и др.). Для водозаборов на пресные воды, используемые для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов и народно-хозяйственных объектов, расчетный срок водопотребления составляет обычно 25–50 лет. В отдельных случаях для особо важных объектов этот срок может приниматься неограниченным. Для временных водозаборов сроки устанавливаются в соответствии с проектным заданием.

В общем виде эксплуатационные запасы месторождения подземных вод связаны с другими категориями запасов и ресурсов следующим балансовым уравнением: где Q Э – эксплуатационные запасы подземных вод, Q З – естественные запасы (емкостные или упругие), Q Е – естественные ресурсы, Q П – привлекаемые ресурсы, Q И – искусственные ресурсы, α 1, 2 … – так называемые коэффициенты использования, t – срок эксплуатации.

Источники формирования эксплуатационных запасов пресных подземных вод Анализ приведенного балансового уравнения показывает, что при отсутствии возобновления (Q Е, Q П, Q И) эксплуатационные запасы подземных вод месторождения всегда являются конечными, так как величина, характеризующая естественные запасы (Q 3), стремится к 0 при t. И наоборот, при их наличии, в соответствии с определением Ф.П. Саваренского, запасы подземных вод являются неисчерпаемыми в пределах их возобновления. Коэффициенты использования (α 1,2 …) являются весьма спорными и трудно определяемыми величинами. В связи с этим более удобным является балансовое («дельта-баланс») уравнение эксплуатационного водоотбора (Р.С. Штенгелов): где V – используемая величина естественных запасов, Q p – изменение расхода дренирования потока (суммарно по всем видам естественной разгрузки) в области влияния водоотбора, Q П – изменение величины питания подземных вод (суммарно по всем видам восполнения) в той же области.

Источники формирования эксплуатационных запасов пресных подземных вод Соотношение различных категорий «запасов» и «ресурсов» подземных вод и их роль в формировании основной категории «эксплуатационные запасы» характеризуются в настоящее время понятием балансовая структура (источники формирования) эксплуатационных запасов подземных вод. Вид балансовой структуры запасов определяется главным образом типом месторождения подземных вод и условиями связи эксплуатируемого водоносного горизонта с участками инфильтрационного питания, поверхностными водами и смежными (непосредственно неэксплуатируемыми) водоносными горизонтами. Кроме того, для многих типов месторождений подземных вод балансовая структура эксплуатационных запасов (водоотбора) существенно изменяется в процессе эксплуатации, что определяет значительные сложности ее прогноза на весь срок работы водозаборов.

Основные типы месторождений пресных подземных вод В качестве подземных вод хозяйственно-питьевого назначения могут рассматриваться пресные (с минерализацией менее 1,0 г/л) и в определенных случаях слабоминерализованные (до 2,0 – 3,0 г/л и более) подземные воды, используемые для питьевого и коммунального водоснабжения населенных пунктов, промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов, а также для орошения (питьевые, технические и оросительные воды). В качестве основных предпосылок существования месторождения подземных вод хозяйственно-питьевого назначения обычно рассматривается наличие: пресных или слабосолоноватых подземных вод, соответствующих по качеству ГОСТам на питьевые воды или конкретным нормативам для вод хозяйственного назначения; водоносных (водовмещающих) пород с относительно (по сравнению с соседними участками) высокими значениями емкостных и фильтрационных свойств, что обеспечивает формирование определенного объема запасов подземных вод и возможности их отбора рациональными в технико- экономическом отношении водозаборными сооружениями (разного типа) в количествах, достаточных для удовлетворения существующей потребности; благоприятных условий формирования инфильтрационного питания подземных вод продуктивного водоносного горизонта, возможного притока из смежных пластов или участков территорий, фильтрации из рек и других факторов, что определяет благоприятные условия формирования восполнения запасов в естественных условиях и в условиях эксплуатации; потребителя (заявленной потребности) на расстоянии, обеспечивающем экономически рациональную эксплуатацию месторождения.

Основные типы месторождений пресных подземных вод В качестве основных типов месторождений подземных вод хозяйственно-питьевого назначения в настоящее время обычно рассматриваются месторождения: 1) подземных вод в речных долинах; 2) артезианских бассейнов платформенного типа; 3) артезианских бассейнов межгорных впадин и конусов выноса; 4) ограниченных по площади структур и массивов трещиноватых или закарстованных пород и потоков трещинно-жильных вод зон тектонических нарушений; 5) грунтовых вод песчаных массивов; 6) межморенных отложений; 7) подземных вод области распространения многолетнемерзлых пород.

Месторождение подземных вод в речной долине а – гидрогеологический разрез месторождения: 1 – рыхлые аллювиальные отложения; 2 – коренные породы; 3 – уровень грунтовых вод в естественных условиях; 4 – то же при эксплуатации; 5 – источники; 6 – естественный поток подземных вод, «инверсируемый» водозаборным сооружением; 7 – приток из реки; 8 – разгрузка грунтовых вод в реку, сохраняющаяся и при эксплуатации водозабора; 9 – водозаборные скважины; б – типовая структура эксплуатационного водозабора: 1 – естественные запасы; 2 – инверсия естественной разгрузки (естественные ресурсы); 3 – привлекаемые ресурсы

Месторождение подземных вод в артезианском бассейне платформенного типа а – гидрогеологический разрез месторождения: 1 – аллювиальные отложения; 2 – диатомиты (диатомовые глины); 3 – трещиноватые опоки (продуктивный горизонт); 4 – глины; 5 – мергели; 6 – песчаники, алевролиты; б – прогнозная балансовая структура эксплуатационного водоотбора: 1 – естественные (упругие) запасы нижнеэоценового горизонта; 2 – естественные запасы аллювиального горизонта; 3 – приток из реки через аллювиальный водоносный горизонт (привлекаемые ресурсы).

Месторождение подземных вод во внутридолинном конусе выноса а – гидрогеологический разрез месторождения: 1 – дочетвертичные отложения; 2 – суглинки; 3 – пески с валунно- галечниковыми образованиями; 4 – пески; 5–7 – уровни подземных вод (5 – свободный, 6 – напорный в верхнем пласте, 7 – напорный в среднем пласте); 8 – напор в скважине; 9 – родники и разгрузка в русло; 10 – направления движения подземных вод; б – прогнозная балансовая структура эксплуатационного водоотбора: 1 – естественные ресурсы, 2–3 – запасы соответственно верхнего и нижнего водоносных пластов

Месторождения ограниченных по площади структур и массивов трещиноватых и закарстованных пород и потоков трещинно-жильных вод зон тектонических нарушений Как самостоятельный тип месторождений характерны главным образом для территории складчатых областей (Урал, Алтае- Саянская область и др.). Водовмещающими могут быть трещиноватые породы любого состава, однако практически всегда наиболее перспективными являются участки (структуры), сложенные интенсивно закарстованными породами. В связи с относительно невысокими емкостными свойствами трешиноватых пород и ограниченными размерами структур и трещинных зон формирование эксплуатационных запасов в месторождениях этого типа связано с использованием естественных или привлекаемых ресурсов. Эксплуатационные запасы месторождений, как правило, не превышают 10–20 тыс. м3/сут. Для крупных структур, сложенных интенсивно закарстованными породами или высокопроницаемыми породами другого типа (интенсивно- трещиноватые песчаники, неоген-четвертичные вулканогенные или вулканогенно-осадочные породы и др.), при благоприятных условиях формирования естественных или привлекаемых ресурсов эксплуатационные запасы месторождений могут достигать здесь 100 тыс. м3/сут и более.

Месторождения грунтовых вод песчаных массивов Подразделяются на два существенно различных подтипа: 1) месторождения песчаных массивов пустынь и полупустынь 2) месторождения песчаных массивов зандровых равнин. Первый подтип месторождений является специфическим, связанным в основном с линзами и ограниченными участками распространения пресных вод среди вод с относительно повышенной минерализацией. Месторождения этого типа характеризуются, как правило, малыми величинами естественных ресурсов и при отсутствии естественно-антропогенных источников восполнения (орошение, фильтрация из каналов и др.) или привлекаемых ресурсов структура эксплуатационного водоотбора формируется здесь за счет сработки естественных запасов пресных вод. Эксплуатационные запасы месторождений обычно не превышает 10 тыс. м3/год, в условиях интенсивного естественно-антропогенного восполнения (крупные прирусловые и приканальные линзы пресных вод) – до 50 тыс. м3/сут. Месторождения песчаных массивов зандровых равнин и месторождения подземных вод межморенных отложений наряду с месторождениями речных долин являются основными типами месторождений четвертичных отложений области ледниковой аккумуляции. В зависимости от мощности и фильтрационных свойств водовмещающих пород, условий залегания водоносных горизонтов, связи с поверхностными водами и других факторов структура и величины (до 10–50 тыс. м3/сут, в переуглубленных ледниковых долинах – до 100 тыс. м3/сут и более) эксплуатационных запасов подземных вод месторождений этих типов могут быть различными.

Пресные подземные воды на территории Беларуси На территории Беларуси пресные подземные воды связаны с тремя повсеместно выдержанными водоносными комплексами (верхнепротерозойских отложений и верхней трещиноватой зоны кристаллического фундамента, девонских отложений, отложений четвертичной системы), а также водоносными комплексами кембро-силурийских, силурийско-ордовикских, каменноугольных, пермско- триасовых, юрско-меловых и палеоген-неогеновых образований фрагментарного распространения. Из названных только водоносный комплекс четвертичных отложений нацело представлен пресными водами питьевого регистра, в разрезе более древних отложений пресные воды приурочены к верхним, хорошо промытым частям водоносных комплексов и с глубиной сменяются минерализованными водами и рассолами.

Карта-схема мощности слоя пресных подземных вод на территории Беларуси 1 – изолинии глубин залегания подошвы слоя пресных подземных вод, м. Области развития слоя пресных вод мощностью более: 2 – 450 м, 3 – 1000 м; 4 – разнопорядковые разломы; 5 – Северо- Припятский разлом; 6 – характерные гидрогеохимические аномалии; 7 – зона выклинивания сульфатно-доломитово-мергельной гипсоносной пачки наровского горизонта; 8 – наиболее крупные зоны разгрузки глубинных минерализованных вод: I – Северо-Припятская, II – Березинская, III – Уборть-Птичская, IV – Западно-Двинская

40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5" title="Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) >40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5" class="link_thumb"> 23 Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) > ,0017,602192,64–2923,52 350– ,928,125903,07835,46–1180,61 300– ,4817,901589,23–2118,98 250– ,9615,407995,241199,28–1599,05 200– ,5214,886176,24926,50–1235,34 150– ,0814,834617,91692,69–923,58 100– ,2811,432372,13355,82–474,43 40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5"> 40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,52 350–40016 865,928,125903,07835,46–1180,61 300–35035 316,4817,0210 594,901589,23–2118,98 250–30031 980,9615,407995,241199,28–1599,05 200–25030 883,5214,886176,24926,50–1235,34 150–20030 786,0814,834617,91692,69–923,58 100–15023 721,2811,432372,13355,82–474,43 "> 40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5" title="Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) >40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5"> title="Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) >40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5">

Ресурсы подземных вод по частям света и странам мира Среднемноголетняя величина речного стока мира вначале XXI в. составляет км3/год. Суммарная величина естественных ресурсов подземных вод, т.е. питания подземных вод на всей территории суши (без Антарктиды и Гренландии), составляет около км3/год. По континентам они возрастают от 312 для Австралии и Океании до км3/год на территории Южной Америки (табл.). В глобальном масштабе естественные ресурсы подземных вод в среднем составляют 25-30% от суммарных водных ресурсов (общего речного стока). Минимальным соотношением ресурсов подземных и поверхностных вод отличается засушливая Австралия, сравнительно низким – Азия, максимальным – Европа. Засушливые (пустынные) регионы Австралии, Африки и Азии наиболее уязвимы к современным многолетним и внутригодовым изменениям ресурсообразующих элементов водного баланса [Джамалов Р.Г Ресурсы подземных вод по частям света и странам мира/Р.Г. Джамалов, Т.И. Сафронова//Известия РАН. Серия географическая. – – 5. – С ].

Современная обеспеченность водными ресурсами частей света Часть света Площадь млн. км 2 Населе ние, млн. чел. Ресурсы, км3/годВодообеспеченность, тыс. м 3 /год поверхно стных вод (речной сток) под- земных вод соотношение ресурсов подземного и суммарного речного стока, % ресурсами поверхностных вод ресурсами подземных вод на 1 км 2 на 1 чел. на 1 км 2 на 1 чел. Европа Азия Африка Северная Америка Южная Америка Австра- лия и Океания Вся суша* В т. ч Россия

Водные ресурсы шести крупнейших по территории стран мира СтранаПлощадь, тыс. км 2 Населен ие, млн чел Ресурсы поверхностных вод (речной сток), км"/год Ресурсы подземных вод, км"/год Соотношение ресурсов подземного и суммарного речного стока, % Водообеспеченность страны ресурсами поверхностных подземных вод, тыс. м 3 /год 1 км 2 1 жителя Брази- лия / /14.0 Индия / /0.4 Канада / /33.0 Китай / /0.4 Россия / /6.3 США / /3.2 Вся суша / /1.9

Ресурсы подземных вод в Беларуси В Республике Беларусь централизованное водоснабжение городов, городских и сельских поселков, промышленных предприятий базируется на использовании пресных подземных вод с утвержденными эксплуатационными запасами, приуроченными к водоносным горизонтам и комплексам четвертичных и дочетвертичных отложений зоны активного водообмена и осуществляется посредством эксплуатации, как групповых водозаборов, так и одиночных скважин. Прогнозные эксплуатационные ресурсы пресных подземных вод в целом по республике оцениваются в тыс. м3/сут. В настоящее время разведано только 13% прогнозных ресурсов. Потенциальные возможности использования подземных вод характеризуются их естественными ресурсами, которые составляют тыс. м3/сут.

Ресурсы подземных вод в Беларуси Государственным балансом запасов пресных подземных вод Республики Беларусь по состоянию на 1 января 2010 г. учтены балансовые запасы пресных подземных вод питьевого и хозяйственного назначения на 282 участках (водозаборах) месторождений пресных подземных вод: из них на 278 участках (водозаборах) запасы подземных вод разделены и утверждены для питьевых целей и на 4 участках (водозаборах) – для технических. Общие балансовые запасы пресных подземных вод суммы категорий А+В+С 1 составляют 6598,5923 тыс.м3/сут., в том числе, по категории А – 3299,6706 тыс.м3/сут., В – 2392,88343 тыс.м3/сут., С 1 – 906,03827 тыс.м3/сут. Забалансовые запасы составляют 29,3 тыс.м3/сут.

Распределение балансовых запасов пресных подземных вод по административным областям Республики Беларусь по состоянию на г. Область Количество месторож- дений Эксплуатационные запасы, тыс.м 3 /сут. АВС1С1 С2С2 А+В+С 1 А+В+С 1 +С Брестская41425,95357,64682,441865,996906,996 Витебская32440,78254,2198,52-893,5 Гомельская57589,7416,1903 Гродненская30315,74330,26135,9-781,9 Минская79996,56848,64239,8415,52085,02500,5 Могилевская43530,006 Всего по РБ,56598,0923

Схема гидрогеологического районирования Беларуси а) Гидрогеологические бассейны I – Припятский (Днепровско-Донецкий) II – Оршанский (Московский) III - Прибалтийский IV – Брестский (Мазовецко-Люблинский) V - Волыно-Подольский б) А - Гидрогеологические массивы: 1. Белорусский, 2. Воронежский, 14. Украинский; Б – Гидрогеологические бассейны: 3. Оршанский, 4. Брестский, 5. Припятский, 6. Днепровско-Донецкий, 11. Балтийский, 15. Волынский; В - Гидрогеологические районы: 7. Полесский, 8. Жлобинский, 9. Брагинско-Лоевский, 10. Латвийский, 12. Микашевичско- Житковичский, 13. Луковско-Ратновский, 16. Бобруйский, 17. Городокско-Хатецкий.

Распределение прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод по артезианским бассейнам (на г.) Административн ые области, артезианские бассейны и речные бассейны Прогнозные ресурсы подземных вод, тыс. м 3 /сут Количест во участков месторож дений Эксплуатационные запасы подземных вод по категориям, тыс. м 3 /сут Отношен ие эксплуата ционных запасов к прогнозн ым ресурсам, % АВС1С1 С2С2 Всего АРТЕЗИАНСКИЕ БАССЕЙНЫ Прибалтийский8366,926285,7302,4115,9-704,08,4 Московский23435,961083,44445,22405,53767,1216,1 Припятский13639,01937,776314,2 Брестский4153,829349,49255,30651,4-656,19615,8 Итого:49596,57065,092314,2

Распределение балансовых запасов пресных подземных вод по степени промышленного освоения суммы категорий А+В+С1+С2 в 2009 г. п/п Область Коли- чество месторож дений Эксплуатационные запасы, тыс.м 3 /сут. АВС1С1 С2С2 Всего Эксплуатируемые: 2 Брестская 29372,05304,4572,8-749,3 3 Витебская 20352,08165,7140,12-657,9 4 Гомельская 42504,3262,0877, Гродненская 22261,64261,6649,8-573,1 6 Минская 45797,66621,54122,810,01552,0 7 Могилевская 25412,472845,446 8Всего,9363 9Неэксплуатируемые: 10 Брестская 1253,953,1969,641157, Витебская 1288,788,558,4-235,6 12 Гомельская 1585,4153,834,8-274,0 13 Гродненская 854,168,686,1-208,8 14 Минская 34198,9227,1117,0405,5948,5 15 Могилевская 18118,7179,5568,3-266,56 16Всего99599,71670,746374,2446,52091, Всего по РБ,57065,0923

Минеральные подземные воды Минеральными, в отличие от хозяйственно-питьевых, называются природные воды, особенности состава и свойств которых (радиоактивность, повышенные концентрации обычных и (или) наличие специфических компонентов и др.) позволяют использовать их в качестве лечебных или промышленных. Общее солесодержание (минерализация) вод составляет от 1 до 35 г водорастворенных веществ в 1 дм3. Природные водные растворы с солесодержанием свыше 35 г/дм3 называются рассолами и практически все их химические разновидности применяются или могут применяться в бальнеотерапии. Максимальное солесодержание природных рассолов может достигать г/дм3 и более (Мойнакский лиман в Крыму, 180 г/дм3; русло Узбоя в районе санатория «Мола-кара» в Туркмении, более 300 г/дм3: Мертвое море, до г/дм3, подземные рассолы Припятского прогиба, до г/дм3 и более).

Минеральные подземные воды Основной особенностью химического состава минеральных вод является присутствие обычных или специфических компонентов (СО 2, H 2 S, N 2, Br, I, В, H 4 SiО 4, Rn, Fe, As, органических веществ и многих других) в концентрациях, превышающих специально разработанные критерии. Содержащие минеральные воды элементы гидрогеологического разреза (водоносные комплексы, горизонты, зоны, участки и др.), по аналогии с твердыми полезными ископаемыми, называют продуктивными. Продуктивными могут быть элементы как горно-складчатых, так и пластовых гидрогеологических систем различного возраста и строения, в связи с чем, минеральные воды характеризуются широким разнообразием минерализации, ионного, газового состава и свойств.

Минеральные подземные воды Лечебными минеральными называются воды, обладающие бальнеологическими свойствами благодаря наличию в их составе различных минеральных, органических или радиоактивных веществ, в том числе газов, в терапевтически активных концентрациях. К числу основных компонентов состава подземных вод, представляющих интерес для бальнеологии, относятся СО 2св, H 2 S, Fe, As, Br, I, H 4 SiО 4, Rn, органические вещества. Имеют существенное значение щелочно-кислотное состояние, температура, общее содержание растворенных компонентов, а также в связи с токсичностью – повышенные концентрации некоторых ионов, в частности ряда металлов.

Основные показатели и нормы оценки минеральных лечебных вод ПоказателиКритерий (не менее) Минерализа- ция, г/л2,0 Газонасыщен- ность, мл/дм 3 50 СО 2, г/дм 3 1,4 (купальные) 0,5 (питьевые) H2SH2S10 As0,7 Fe 4 О 3 20 Br25 I5 H 2 SiО 3 + HSiО 3, мг/дм 3 50 Rn, нКи/дм 3 5

Предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых токсичных и вредных веществ для питьевых минеральных вод КомпонентПДК, мг/дм 3 лечебно-столовые водылечебные воды As1,53,0 F5,08,0 V0,4 Hg0,02 Pb0,3 Sc0,05 Сг0,5 Ra U0,5 NO 2 2,0 NO 3 50,0 NH 4 2,0 Органические вещества (в сумме)10,030,0 Фенолы0,001

Минеральные подземные воды В основе воздействия на организм человека вод с различными минерализацией и составом лежат, в частности, осмотические и диффузионные явления, поскольку плазма крови представляет собой хлоридный натриевый раствор, содержащий белки и другие органические вещества, с формулой ионного состава: Общая концентрация этих ионов в крови составляет около 300 ммоль/дм3, поэтому каждая вода в зависимости от ее состава может быть «гипо-», «изо»- или «гипертонической» по отношению к плазме крови, что и определяет направление осмотических и диффузионных процессов. В зависимости от состава изотоническими могут быть воды с минерализацией от 8,4 до 13,0 г/дм3. Воды с такой минерализацией и меньшей применяют на курортах для питья, с минерализацией 2–8 г/дм3 – в качестве лечебно-столовых, с минерализацией 10–140 г/дм3 – как купальные. При превышении этих норм вода подлежит разведению с условием сохранения кондиционности по терапевтически активным компонентам.

Минеральные подземные воды В зависимости от состава фармакологически активных компонентов и газов минеральные воды разделены на восемь основных бальнеологических групп с подгруппами по газовому составу: 1) углекислые; 2) сульфидные (СН 4, N 2 или СО 2); 3) железистые, мышьяковистые и др. (N 2, СО 2); 4) бромные, йодобромные и йодные (N 2, CH 4)2-; 5) с повышенным содержанием органических веществ (N 2, CH 4); 6) радоновые (N 2, СО 2); 7) кремнистые термальные (N 2, CH 4, СО 2); 8) без специфических компонентов и свойств – включает лечебные минеральные воды, бальнеологическое действие которых определяется составом макрокомпонентов и величиной минерализации.

Промышленные воды Промышленными называются воды, содержащие полезные компоненты (бром, йод, бор и др.) в количествах, обеспечивающих их рентабельную добычу и переработку с использованием современных технологий в качестве сырья для химической промышленности. Кроме указанных элементов, из подземных вод извлекают литий, рубидий, цезий, калий, магний, поваренную соль, сульфат натрия, радий, стронций, гелий и др. Определение промышленных вод подчеркивает, во-первых, необходимость специальной оценки и обоснования минимальных концентраций полезных компонентов, позволяющих квалифицировать те или иные воды как промышленное сырье для каждого конкретного района или участка, в связи с чем устанавливаются разные абсолютные величины этих показателей для районов с различными геолого-гидрогеологическими и экономико- географическими условиями; во-вторых, необходимость пересмотра этих показателей в зависимости от уровня развития технических средств, технологии производства, спроса на данный вид минерального сырья и т.д.

Теплоэнергетические воды Теплоэнергетическими называются воды с температурой более 85°С. Однако в некоторых случаях для целей теплофикации используются также воды с температурой 20– 35°С. Термальные подземные воды – нетрадиционный, самовосполняемый и экологически чистый источник энергии. Они используются для выработки электроэнергии (100–180°С), теплофикации и горячего водоснабжения жилых и промышленных комплексов (70– 100°С), в теплично-парниковом хозяйстве, животноводстве, рыборазведении, для оттаивания многолетне-мерзлых пород, в бальнеологических целях (менее 70°С). Попутно из термальных вод в ряде случаев извлекают ценные компоненты: Li, В, Br, I, редкие металлы и др. Разработаны различные технологические схемы создания «подземных котлов» (закачка в недра холодной и извлечение горячей воды), использования «теплообменников» для «передачи» тепла подземных вод искусственным теплоносителям и др.

Теплоэнергетические воды По В.И. Кононову, гидротермальные ресурсы можно разделить на две крупные группы: 1) формирующиеся в региональном тепловом поле (пластовые воды артезианских бассейнов); 2) формирующиеся в аномальных геотермических условиях под влиянием магматических и вулканических процессов (трещинные и трещинно-жильные воды горно-складчатых областей). Значительные ресурсы обладающих высоким теплоэнергетическим потенциалом парогидротерм (100–180°С) имеются только во второй группе – в областях современного вулканизма, кайнозойской складчатости и редко – в глубоких зонах герцинских платформ. В России, например, к ним относятся районы юго-востока Камчатки, Курильских островов и Западной Сибири, где мезокайнозойские отложения на глубинах свыше 1,5–3,0 км содержат огромные запасы вод с температурой до 150°С. Большая часть ресурсов термальных вод с температурой 70–90°С сосредоточена в недрах горно- складчатых областей, межгорных впадин и предгорных прогибов. Большие запасы низко- и среднепотенциальных вод (35–70°С) имеются в глубоких частях артезианских бассейнов Русской платформы, Западно-Сибирской и Скифской плит, где имеются крупные месторождения (Омское, Томское, Махачкалинское и др.).

Теплоэнергетические воды Месторождением теплоэнергетических вод называется балансово-гидродинамический элемент подземной гидросферы с термальными водами, тепловой потенциал, состав, качество и запасы которых удовлетворяют технико-экономическим требованиям энергетики на современном этапе ее развития. Поскольку минерализация термальных вод может изменяться от 0,3 до 200 г/дм3 и более при самом различном ионном составе, применение различных технологических схем при использовании теплоэнергетических вод для производства электроэнергии или для других целей во многом определяется их химическим составом и температурой. Наиболее экономичными являются воды с незначительной минерализацией и отсутствием агрессивных компонентов (H 2 S, СО 2, NH 4 и др.). Они могут непосредственно направляться в турбины (в виде пара или пароводяной смеси), в отопительную, водопроводную сеть и т.д. При высоком содержании солей и (или) наличии агрессивных компонентов требуется промежуточный паропреобразователь, в котором тепло воды передается вторичному теплоносителю, циркулирующему в замкнутом цикле. Это более дорогие, но иногда и более рентабельные установки, позволяющие осуществлять попутное извлечение из подземных вод ценных компонентов.

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 м 3 /с, что составляет около 22% от общего речного стока . 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 км 2 . 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 и В.Ф. Дерп-гольц 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 . 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 км 2 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-До-нецкой 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 , эксплуатационные запасы для них составляют 4050 м 3 /с. В число этих бассейнов вошли Московский, Азово-Кубанский, Днепров-ско-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 .

Прогнозные эксплуатационные запасы пресных подземных вод оцениваются для территории Советского Союза цифрой 10300 м 3 /с . 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 м 3 /с). Из них на водоснабжение городов расходуется 320-350, сельских объектов 180-200 и на орошение земель 200 м 3 /с. В сумме это составляет 700-750 м 3 /с, или 7% от прогнозных запасов . 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 про цессе 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, Боржом-ское).

Эксплуатационные запасы сероводородных вод превышают 35 тыс. м3/сут . 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-Ураль-ская 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 . 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 м 3 . 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 Так, для складчатых областей прогнозные ресурсы термальных вод им оцениваются в 6,6 м 3 /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 м 3 /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

Подземные воды являются полезным ископаемым, запасы которого в отличие от других видов полезных ископаемых возобновимы в процессе эксплуатации. Площади водоносных горизонтов и их комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора подземных вод определённого состава, отвечающего установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называется месторождениями подземных вод. По характеру использования подземные воды подразделяются на 4 вида: питьевые и технические, применяемые для хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения, орошения земель и обводнения пастбищ; лечебные минеральные воды, используемые в бальнеологических целях и в качестве столовых напитков; теплоэнергетические (включая пароводяные смеси) - для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных и гражданских объектов, а в отдельных случаях - и для выработки электроэнергии; промышленные воды - для извлечения из них ценных компонентов. В ряде случаев подземные воды одновременно являются минеральными и теплоэнергетическими, промышленными и теплоэнергетическими, в связи с чем они рассматриваются как комплексное полезное ископаемое. Месторождения пресных и солоноватых вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения и орошения, подразделяются на основные типы: месторождения речных долин, артезианских бассейнов, конусов выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин, ограниченных по площади структур или массивов трещинных и трещинно-карстовых пород, тектонических нарушений, песчаных массивов пустынь и полупустынь, надморенных и межморенных водоледниковых отложений, областей развития многолетнемёрзлых пород.

При оценке возможности использования подземных вод производится подсчёт эксплуатационных запасов подземных вод. Эти данные используются при разработке схем развития народного хозяйства, составлении годовых, пятилетних и долгосрочных государственных планов экономического и социального развития, планировании геологоразведочных работ, а по месторождениям - для проектирования водозаборных сооружений и предприятий, добывающих и использующих подземные воды. Различают также прогнозные ресурсы подземных вод, наличие которых предполагается на основе общих гидрогеологических представлений, теоретических предпосылок, результатов геологического и гидрогеологического картирования, геофизических, гидрохимических, гидрологических и воднобалансовых исследований. Они оцениваются в границах артезианских бассейнов, гидрогеологических массивов и районов и отражают их потенциальные эксплуатационные возможности.

Запасы подземных вод - количество воды, содержащееся в водоносном горизонте в естественных условиях или поступающее в него в результате проведения водохозяйственных мероприятий. Под термином " запасы подземных вод" часто понимают также то количество воды, которое может быть использовано. Существует ряд классификаций запасов подземных вод для оценки количества подземных вод. В большинстве из них различают понятия "ресурсы" и "запасы". Термином "запасы" обычно обозначают объём (массу) подземных вод в водоносном горизонте, термином "ресурсы" - расход подземных вод в единицу времени. Выделяют естественные и упругие запасы. Естественные (называемые также статическими, геологическими, вековыми или ёмкостными) запасы подземных вод характеризуют в объёмных единицах общее количество воды в водоносном пласте, упругие запасы - количество воды, высвобождающееся при вскрытии водоносного пласта и снижении пластового давления в нём при откачке или самоизливе за счёт объёмного расширения воды и уменьшения порового пространства самого пласта.

В практике гидрогеологических исследований обычно производят оценку естественных и эксплуатационных ресурсов подземных вод. Естественные ресурсы (или динамические запасы) характеризуют величину питания подземных вод за счёт инфильтрации атмосферных осадков, поглощения речного стока и перетекания из других водоносных горизонтов, суммарно выраженную величиной расхода потока или толщиной слоя воды, поступающего в подземные воды. Среднемноголетняя величина питания подземных вод, за вычетом испарения, равна величине подземного стока, поэтому при региональных оценках естественные ресурсы подземных вод часто выражаются cpеднегодовыми и минимальными значениями модулей подземного стока.

Эксплуатационные запасы подземных вод (ресурсы) - количество воды, которое может добываться в единицу времени из водоносного горизонта рациональным в технико-экономическом отношении водозабором при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчётного периода эксплуатации. Эксплуатационные запасы (ресурсы) являются одним из основных критериев возможности и целесообразности использования подземных вод для различных целей. При этом, по сложившейся традиции, при региональных оценках обычно пользуются термином "эксплуатационные ресурсы", а при оценках для водоснабжения конкретных объектов - "эксплуатационных запасы". При оценке эксплуатационных запасов (ресурсов) учитывается возможность использования естественных (в том числе упругих) запасов, естественных ресурсов, а также привлекаемых (дополнительных) ресурсов, образующихся непосредственно вследствие эксплуатации водозаборов (привлечение поверхностных вод, подземных вод "непродуктивных" горизонтов и т.п.).

Важным источником формирования эксплуатационных запасов могут служить искусственные запасы и ресурсы, создаваемые за счёт закачивания поверхностных вод в природные подземные ёмкости с помощью специальных сооружений, фильтрационных потерь из водохранилищ и каналов, инфильтрации поливных вод на орошаемых массивах и т.п. Ресурсы (запасы) пресных подземных вод определяют на локальных участках с целью водоснабжения конкретных объектов (городов, предприятий) и больших территории, для которых даётся региональная оценка естественных и эксплуатационных ресурсов с целью перспективного планирования возможностей использования подземных вод. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод на локальных участках проводится на основании специальных разведочных гидрогеологических работ или данных эксплуатации действующих водозаборов применительно к выделенным месторождениям подземных вод или их отдельным участкам.

Эксплуатационные запасы подземных вод в зависимости от степени разведанности месторождений, изученности качества вод и условий эксплуатации подразделяются на 4 категории - А, В, С1 и С2. К категории А относятся запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей полное выяснение условий залегания, строения, величин напора и фильтрационных свойств водоносных горизонтов, условий их питания, возможностей восполнения эксплуатационных запасов, установление связи водоносных горизонтов между собой и с поверхностными водами, изучение качества подземных вод с достоверностью, подтверждающей возможность их использования по заданному назначению на расчётный срок водопотребления. Эксплуатационные запасы подземных вод категории А определяются по данным эксплуатации, опытно-эксплуатационных или опытных откачек применительно к намеченной схеме расположения каптажных сооружений. В современной практике при определении запасов категории А допускается расчётная экстраполяция результатов эксплуатации и опытных данных.

К категории В относятся запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей выяснение основных особенностей условий залегания, строения и питания водоносных горизонтов, установление связи подземных вод (запасы которых оцениваются) с другими водоносными горизонтами и с поверхностными водами, определение приблизительного количества естественных водных ресурсов как возможных источников восполнения эксплуатационных запасов подземных вод. Качество подземных вод должно быть изучено с такой же детальностью, как и для запасов категории А. Эксплуатационные запасы категории В определяют в пределах детально изученного участка по данным опытных откачек или по расчётной экстраполяции применительно к намеченной схеме водозабора.

Запасы категории С1 изучаются с детальностью, обеспечивающей выяснение в общих чертах строения, условий залегания и распространения водоносных горизонтов. Качество подземных вод изучается в той мере, чтобы можно было предварительно решить вопрос о возможности их использования по заданному назначению. Запасы оцениваются по данным пробных откачек из единичных скважин, а также по аналогии со сходными районами.

К категории С2 относятся запасы, установленные на основании общих геолого-гидрогеологических данных, подтверждённых опробованием водоносного горизонта в отдельных точках, или по аналогии. Качество подземных вод также определяется по пробам, взятым в отдельных точках водоносного горизонта, или по аналогии. Эксплуатационные запасы категории С2 оцениваются в пределах водоносных комплексов и выявленных благоприятных структур

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕСУРСОВ И ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ИХ ОЦЕНКИ ПОНЯТИЕ О ВИДАХ ЗАПАСОВ И РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Подземные воды , пригодные для использования в народном хозяйстве, следует рассматривать как полезное ископаемое. Однако в отличие от других полезных ископаемых (твердых, нефти и газа) подземные воды имеют-ряд специфических особенностей, которые необходимо учитывать при оценке перспектив их использования в народном хозяйстве.

Отличительной и главной особенностью запасов подземных вод по сравнению с запасами других полезных ископаемых является их возобновляемость. Подземные воды - единственное полезное ископаемое, в процессе эксплуатации которого во многих случаях происходит не только его расходование, но и дополнительное формирование, вызванное усилением питания подземных вод. Источниками такого дополнительного питания могут служить и поверхностные воды, и подземные воды смежных с эксплуатируемым водоносных горизонтов, и уменьшение испарения подземных вод при понижении их уровня. Формирование запасов подземных вод может происходить также в результате проведения различных водохозяйственных мероприятий (гидротехнического строительства, орошения), при создании специальных «фабрик» подземных вод*.

Другая существенная особенность подземных вод связана с их подвижностью и тесной взаимосвязью с окружающей средой. Эта взаимосвязь находит отражение в граничных условиях (взаимосвязь подземных и поверхностных вод, условия питания и разгрузки подземных вод). Граничные условия проявляются в процессе эксплуатации водо.заборов и во многом определяют возможность использования подземных вод, в то время как влияние внешней среды на месторождения твердых полезных ископаемых проявляется в течение геологического времени.

Следует отметить еще одну важную особенность подземных вод, связанную с оценкой перспектив их использования. Она заключается в том, что рациональный отбор подземных вод в определенных условиях зависит не столько от количества воды, находящейся в пласте, и от количества воды, поступающей в пласт в естественных условиях, сколько от фильтрационных свойств водовмещающих пород, определяющих сопротивление движению подземных вод к водозаборным сооружениям.

Перечисленные основные особенности подземных вод, отличающие их от других полезных ископаемых, предопределили необходимость выделения нескольких понятий, характеризующих: а) количество воды, находящейся в водоносном горизонте; б) количество воды, поступающей в водоносный горизонт в естественных условиях при проведении водохозяйственных мероприятий, а также в связи с эксплуатацией; в) количество воды, которое может быть отобрано рациональными водозаборами для народного хозяйства.

Другими словами, если при оценке перспектив использования твердых полезных ископаемых, нефти и газа достаточно одного понятия - «запасы полезного ископаемого», то для подземных вод одно это понятие не может полностью охарактеризовать возможность их рациональной эксплуатации.

Напомним, что под з а п а с а м и полезного ископаемого понимается весовое его,количество, заключенное в зем н ы х недр а х.

Для подземных вод кроме запасов, как отмечено выше, следует учитывать их питание. На это еше в начале 30-х годов указывал один из основоположников отечественной гидрогеологии Ф. П. Саваренский, который предложил различать «запасы» подземных вод и их «ресурсы», понимая под последними «обеспечение в водном" балансе данного района поступления подземных вод». Вопросам классификации запасов и ресурсов подземных вод посвящена обширная гидрогеологическая литература. Наиболее полные сведения по этим вопросам содержатся в работах Ф. М. Бочевера (1957, 1961), Б. И. Куделина (1960).

В настоящей работе мы не будем обсуждать классификации, предложенные различными авторами, тем более, что различие между многими из них носит в основном терминологический характер. Остановимся только на характеристике важнейших понятий, приняв за основу терминологию, предложенную Н. Н. Биндеманом (1963) и использованную при составлении отдельных томов монографии «Гидрогеология СССР».

Запасы и ресурсы подземных вод могут быть подразделены на: 1) естественные запасы и ресурсы;

2) искусственные запасы и ресурсы;

3) привлекаемые ресурсы;

4) эксплуатационные запасы и ресурсы*.

Е с т е с т в е н н ы е з а п а с ы -. м асса rpавитационной воды в пласте в естественных условиях. Ту часть этой массы, которую можно извлечь из пласта при снижении давления за счет упругого расширения воды и сжатия породы (уменьшения пористости), принято называть упругими запасами.

При оценке запасов подземных вод для водоснабжения естественные запасы целесообразно выражать в единицах объема.

Е с т е с т в е н н ы е ресурсы - количество воды, поступающей в водоносный горизонт в естественных условиях в результате инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек и озер, перетекания из выше- и нижележащих горизонтов, притока со смежных территорий. Естественные ресурсы водоносного горизонта равны сумме всех приходных элементов баланса данного горизонта. Они выражаются в единицах расхода и могут быть также определены по сумме всех расходных элементов баланса (испарение, транспирация растительностью, родниковый сток, фильтрация в реки, озера и перетекание в смежные горизонты).

* Используемые в настоящей работе термины не принимаются всеми гидрогеологами. Часто термину «естественные запасы» соответствуют в литературе термины «статические», «вековые», «геологические», «запасы», а «естественным ресурсам» - «динамические запасы», «расход подземного потока».

Искусственные запасы - это объем подземных вод в пласте, накопившихся в результате орошения, подпора водохранилищами или фильтрации из них, искусственного восполнения подземных вод (магазинирование).

И с к у с с т в е н н ы е р е с у р с ы - количество воды, поступающей в водоносный горизонт в результате фильтрации из каналов и водохранилищ, орошения, а также проведения мероприятий по искусственному питанию подземных вод.

П р и в л е к а е м ы е р е с у р с ы - увеличение питания подземных вод при эксплуатации водозаборов в связи с возникновением или усилением фильтрации из рек, озер, перетеканием из смежных„обычно вышер расположенных водоносных горизонтов.

Понятия «эксплуатационные запасы» и «экс п луат ац и о н н ы е р е с у р с ы» подземных вод являются в сущности синонимами. Под ними понимается то «количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока потребления» («Инструкция...», 1962). Эта величина, таким образом, представляет собой производительность водозабора и выражается в единицах расхода (обычно в м"/сут). Поэтому более логичным было бы использование только термина «эксплуатационные ресурсы». Но так как для всех других полезных ископаемых принят термин «запасы», и они утверждаются Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых (ГКЗ), при рассмотрении возможностей использования подземных вод в народном хозяйстве обычно применяется термин «эксплуатационные запасы». Он принят в официальных документах (классификация эксплуатационных запасов и инструкция ГКЗ по ее применению). В то же время при региональной оценке запасов и ресурсов подземных вод более точен термин «эксплуатационные ресурсы», так как в этом случае ресурсы подземных вод рассматриваются как часть общих водных ресурсов.

Эксплуатационные ресурсы подземных вод того или иного региона определяются не только гидрогеологическими условиями, но и схемой эксплуатации (размещением водозаборов, расстояниями между ними, расходами отдельных водозаборов). В связи с этим Н. Н. Биндеман (1972) предложил выделить два понятия: «потенциальные эксплуатационные ресурсы» и «прогнозные эксплуатационные ресурсы». Под потенциальными эксплуатационными ресурсами следует понимать ресурсы подземных вод, которые могут быть получены при размещении водозаборов по всей площади распространения водоносного горизонта и при расстояниях между водозаборами, обеспечивающими полное использование естественных, привлекаемых и искусственных запасов и ресурсов подземных вод с учетом заданного понижения уровня и принятой длительности эксплуатации. В отличие от потенциальных прогнозные эксплуатационные ресурсы соответствуют определенной схеме размещения водозаборных сооружений. Потенциальные ресурсы характеризуют максимальное количество воды, которое может быть отобрано из,водоносного горизонта. Так как водовмещающие породы обладают фильтрационными сопротивлениями, прогнозные ресурсы, соответствующие определенной схеме расположения водозаборов, обычно меньше потенциальных, и только в отдельных случаях прогнозные ресурсы могут достигать величины потенциальных. Долю возможного использования потенциальных ресурсов при той или иной схеме расположения водозаборов Н. Н. Биндеман (1973) предложил называть прогнозным коэффициентом использования подземных вод.

Безусловно, что при различных гидрогеологических условиях в формировании эксплуатационных ресурсов (запасов) подземных вод будут превалировать те или иные виды запасов или ресурсов, что подробно будет рассмотрено в следующем разделе,

Эксплуатационные ресурсы (запасы) подземных вод могут быть обеспечены источниками формирования или на определенный ограниченный срок эксплуатации, или на неограниченное время. В последнем случае источником формирования эксплуатационных ресурсов являются естественные и искусственные ресурсы, а также привлекаемые ресурсы (если они в свою очередь обеспечены на неограниченный срок эксплуатации), так как при t~oo второй и четвертый члены в правой части уравнения" стремятся к нулю.

Несомненно, что при решении различных народнохозяйственных проблем, связанных с использованием подземных вод, первостепенное значение имеет оценка эксплуатационных ресурсов (запасов) подземных вод. Только величина эксплуатационных ресурсов (запасов) позволяет судить о возможности и целесообразности использования подземных вод. Однако определенный интерес представляет подсчет и других видов запасов и ресурсов подземных вод. Это необходимо и для оценки отдельных источников формирования эксплуатационных ресурсов подземных вод, и для количественной характеристики водоносных горизонтов и структур в естественных условиях.

- Химический состав подземных вод. - Минеральные воды. - Происхождение подземных вод. Образование подземных вод. - Добыча подземных вод. Лицензия на подземные воды.

Подземные воды – запасы подземных вод, ресурсы подземных вод.

Подземные воды являются частью гидросферы планеты (2 % от объема) и участвуют в общем круговороте воды в природе. Запасы подземных вод еще до конца не разведаны. Сейчас в официальных данных фигурирует цифра в 60 млн кубических километров, но гидрогеологи уверены в том, что в недрах Земли находятся колоссальные неразведанные месторождения подземных вод и общее количество воды в них может исчисляться сотнями миллионами кубометров.

Подземные воды встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров. В зависимости от условий, в которых залегают подземные воды (таких как температура, давление, виды горных пород и т.п.), они могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000 о С диссоциированы всего на 2%.

О запасах подземной воды читайте: Океаны воды под землей. Сколько же воды на Земле?

При оценке подземных вод, кроме понятия «запасы подземных вод» используется термин «ресурсы подземных вод», характеризующий питание водоносного горизонта.

Классификация запасов и ресурсов подземных вод:

1. Естественные запасы – объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. Естественные ресурсы – количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек , перетекания из выше- и нижерасположенных водоносных горизонтов.

2. Искусственные запасы - это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод. Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях.

3. Привлекаемые ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванном эксплуатацией водозаборных сооружений.

4. Понятия эксплуатационные запасы и эксплуатационные ресурсы являются, в сущности, синонимами. Под ними понимается то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.

По степени общей минерализации выделяют воды (по В.И. Вернадскому):

пресные (до 1 г/л),
солоноватые (1 -10 г/л),
соленые (10-50 г/л),
рассолы (более 50 г/л) - в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана.

В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод - от 50 до 600 м, рассолов - от 400 до 3000 м.

Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды – от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. Максимальная величина минерализации, достигающая 500 – 600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне.

Более подробно о химическом составе подземных вод, химических свойствах подземных вод, классификации по химическому составу, факторах, влияющих на химический состав подземных вод, и других аспектах читайте в отдельной статье: Химический состав подземных вод.

Подземные воды - происхождение и образование подземных вод.

В зависимости от происхождения подземные воды бывают:

1) инфильтрационные,
2) конденсационные,
3) седиментогенные,
4) «ювенильные» (или магмогенные),
5) искусственные,
6) метаморфогенные.

Подземные воды - температура подземных вод.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.

По температуре подземные воды бывают:

Холодные подземные воды подразделяются на:

переохлажденные (ниже 0°С),
холодные (от 0 до 20 °С)

Термальные подземные воды подразделяются на:

теплые (20 – 37 °С),
горячие (37 – 50 °С),
очень горячие (50 – 100 °С),
перегретые (свыше 100 °С).

Температура подземных вод зависит также и от глубины залегания водоносных пластов:

1. Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды испытывают сезонные колебания температуры.
2. Подземные воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур , сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности.

Там, где средние годовые температуры отрицательные , подземные воды в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда. Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»).
В районах, где среднегодовая температура положительная , подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой.

3. Подземные воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры , нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов, достигая температур 300-4000С. Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.

Подземные воды - методы поиска подземных вод.

геоморфологическая оценка местности,
геотермические исследования,
радонометрия,
бурение разведочных скважин,
изучение керна, извлечённого из скважин, в лабораторных условиях,
опытные откачки из скважин,
наземная разведочная геофизика (сейсморазведка и электроразведка) и каротаж скважин

Подземные воды – добыча подземных вод.

Важной особенностью подземных вод как полезного ископаемого является непрерывный характер водопотребления, что вызывает необходимость постоянного отбора воды из недр в заданном количестве.

При определении целесообразности и рациональности добычи подземных вод учитываются следующие факторы:

Общие запасы подземных вод,
Ежегодное поступление воды в водоносные горизонты,
Фильтрационные свойства водовмещающих пород,
Глубина залегания уровня,
Технические условия эксплуатации.

Таким образом, даже при условии больших запасов подземной воды и значительном ежегодном ее поступлении в водоносные горизонты, добыча подземных вод не всегда является рациональной с экономической точки зрения.

Например, нерациональным будет добыча подземных вод в следующих случаях:

очень маленькие дебиты скважин;
сложность эксплуатации в техническом отношении (пескование, солеотложение в скважинах и др.);
отсутствие необходимого насосного оборудования (например, при эксплуатации агрессивных промышленных или термальных вод).

Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.

В этой статье мы рассмотрели тему Подземные воды: общая характеристика. Далее читайте: История изучения подземных вод.