Министерство геологии СССР всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (всегингео) гидрогеология СССР сводный том выпуск 3 ресурсы подземных вод СССР и перспективы их использования редактор

Вид материала

Книга

Содержание О взаимосвязи ресурсов различных типов

Подобный материал:

• Методическое сопровождение работ по ведению мониторинга состояния недр, 2202.08kb.
• Строительные нормы и правила защита горных выработок от подземных и поверхностных вод, 2534.15kb.
• Г. А. Мавлянова на правах рукописи удк (553. 79: 546. 14) 575. 1 Бакиев саиднасим алимович, 926.06kb.
• Кнебель М. И., Кириленко К. Н., Литвиненко Н. Г., Максимова, 7467.82kb.
• Вопросы геологии, петрологии и металлогении метаморфических комплексов Востока ссср,, 1661.26kb.
• Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, 784.13kb.
• Разработка теоретических основ квалиметрии, 530.26kb.
• Учебное пособие по дисциплине «Гидрогеомеханика» для студентов специальности 080300, 951.39kb.
• А. А. Богданов отделение экономики ан СССР институт экономики ан СССР, 5421.75kb.
• Ливанова Т. Л 55 История западноевропейской музыки до 1789 года: Учебник. В 2-х, 10455.73kb.

Глава V


О ВЗАИМОСВЯЗИ РЕСУРСОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ВЛИЯНИИ ИХ ОТБОРА

НА РЕСУРСЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД


В предыдущих главах была приведена характеристика ресурсов различных типов подземных вод: пресных и солоноватых, используемых для водоснабжения и орошения, минеральных, термальных и промыш­ленных. Однако такое подразделение подземных водна типы, основанное на характере их использования, несомненно, является несколько фор­мальным, «ведомственным», так как независимо от области применения , вое подземные воды являются в какой-то степени взаимосвязанными, представляя собой подземную часть общей гидросферы. Более того одна и та же подземная вода может быть одновременно термальной и мине­ральной, термальной и промышленной, поэтому более правильно не раз­граничивать ресурсы некоторых типов подземных вод, а стремиться к их комплексному использованию. Кроме того, подземные воды являются частью гидросферы и их отбор оказывает определенное влияние на ре­сурсы поверхностных вод, с которыми подземные воды имеют непосред­ственную гидравлическую связь. В связи с этим вопросы взаимосвязи ресурсов различных типов подземных вод, как и оценка влияния их от­бора на ресурсы поверхностных вод, имеют важное научное и практи­ческое значение.

Рассмотрим сначала вопросы взаимосвязи различных типов подзем­ных вод.

Прежде всего следует остановиться на возможном взаимовлишли пресных вод, с одной стороны, и солоноватых и соленых — с другой. Не­обходимость рассмотрения этого вопроса определяется тем, что солоно­ватые и соленые воды могут быть использованы только после их опрес­нения. В принципе при принятой методике оценки эксплуатационных ре­сурсов подземных вод, предполагающей их площадное использование, совместная одновременная эксплуатация пресных, солоноватых ;и соле­ных вод не должна приводить к их смешению, так как эксплуатацион­ные ресурсы каждого типа обеспечиваются их собственными естествен- . ными запасами и ресурсами. Поэтому при оценке общих перспектив ис­пользования пресных, солоноватых и соленых (после опреснения) под­земных ©од приведенные в гл. III эксплуатационные ресурсы можно сум­мировать. Однако необходимо отметить, что в реальных условиях водо­заборы будут вводиться в действие постепенно, причем в первую очередь будут использоваться имеющиеся ресурсы пресных подземных вод. В связи с этим в районах со сложными гидрохимическими условиями, где пресные воды в плане или разрезе контактируют с солоноватыми и солеными, при решении вопросов водоснабжения конкретных объектов следует в каждом случае составлять прогнозы возможного изменения качества подземных вод и на основе такого прогнозирования устанав­ливать оптимальную величину их отбора.

Переходя к характеристике возможного взаимного влияния ресур­сов пресных и минеральных подземных вод, прежде всего следует отметить несоизмеримость масштабов.использования минеральных вод по сравнению с пресными. Наибольшие дебиты (водозаборов с минераль­ными водами составляют несколько тысяч кубических метров в сутки. В связи с этим отбор минеральных вод сколько-нибудь заметного влия­ния на ресурсы пресных подземных вод оказать не может. Эксплуатаци­онные ресурсы минеральных вод в большинстве случаев также не за­висят от отбора .пресных подземных вод. Наоборот, в ряде случаев, когда минеральные напорные воды разгружаются в вышележащие гори­зонты с грунтовыми водами, отбор пресных вод улучшает условия экс­плуатации минеральных, препятствуя подтоку пресных вод при снижении уровня минеральных. В артезианских бассейнах платформенного типа водоносные горизонты с минеральными водами, как правило, расположе­ны на значительных глубинах и отделены от оцениваемых горизонтов пресных вод выдержанными практически водоупорными толщами. Кроме того, следует учитывать, что динамические уровни в скважинах, эксплуатирующих минеральные воды, обычно находятся выше уровней в скважинах, вскрывающих пресные воды вышележащих горизонтов.

Тем не менее в отдельных случаях и минеральные, и пресные воды могут быть найдены на различных участках в пределах одного и того же водоносного комплекса. В этих случаях отбор пресных подземных вод может существенно сказаться на условиях эксплуатации минеральных вод и ресурсах последних, приводя к дополнительной срезке уровня, что в свою очередь может повлечь за собой приток -вод некондиционного состава. В таких случаях, (примером может служить известный курорт Кемери в Латвийской ССР) необходимо проводить оценку эксплуата­ционных ресурсов пресных и минеральных вод с учетом их взаимодей­ствия.

Эксплуатация месторождений промышленных и термальных вод, приуроченных к артезианским бассейнам платформенного типа, а в ряде случаев и к бассейнам межгорных впадин, также не может оказать су­щественного влияния на ресурсы подземных пресных вод. Водоносные горизонты с термальными и промышленными водами залегают на боль­ших глубинах (до 2,5 — 3 км), отделены от вышележащих горизонтов мощной толщей практически непроницаемых пород, а их эксплуатаци­онные ресурсы полностью формируются за счет сработки упругих запа­сов. Даже если предположить возможное перетекание из вышележащих отложений через разделяющие толщи и учитывать, что уровни промыш­ленных подземных вод будут расположены на глубине 600 — 700 м, то и в этом случае возможное перетекание будет составлять доли процента от упругих запасов.

Для ряда месторождений термальных вод, приуроченных к неболь­шим артезианским бассейнам межгорных впадин, одним из -основных источников формирования эксплуатационных ресурсов являются естест­венные ресурсы горизонтов, к которым приурочены термальные воды. Однако и в этом случае можно не рассматривать влияния отбора тер­мальных вод на ресурсы пресных, и наоборот, так как при оценке экс­плуатационных ресурсов пресных подземных вод учитывались (и то не полностью) только .естественные ресурсы оцениваемых водоносных гори­зонтов. Кроме того, сами эксплуатационные ресурсы термальных вод не­соизмеримы с ресурсами пресных. Не следует также опасаться возмож­ного внедрения |более холодных вод со стороны области питания при экс­плуатации водозаборов с термальными водами. Как было показано И. И. Крашиным, на основе расчетов эксплуатационных ресурсов Терско-Сунженской депрессии на УСМ-1 за 60 лет эксплуатации холодная вода из области питания продвинется всего на 5 км, а изменения температуры в этой полосе не превысят 1 — 1,5° С.

Таким образом, из всего вышеизложенного следует, что при перс­пективных региональных оценках ресурсы пресных подземных вод можно рассматривать без учета взаимовлияния с ресурсами минераль­ных, термальных и промышленных вод, за исключением некоторых слу­чаев возможного взаимодействия водозаборов с пресными и минераль­ными водами.

Как отмечено выше, во многих случаях подземные воды одновре­менно являются минеральными и термальными или промышленными и термальными, в связи с чем следует оценивать не взаимовлияние этих типов подземных вод, а возможности их комплексного использования. Так, в тех условиях, когда подземные воды могут быть отнесены к мине­ральным и когда они обладают повышенной температурой, то их можно одновремецно использовать и в лечебных целях и для горячего водо-. снабжения и теплофикации (отопления зданий или теплично-парниковых хозяйств). Примером такого (комплексного использования является экс­плуатация Махачкалинского месторождения, где термальные воды при­меняются для розлива, отопления зданий и горячего водоснабжения, а также для отопления теплично-парникового хозяйства. Проведенная Б. Ф. Маврицким и Л. Ф. Полуботко (1970) геолото-экономическая оценка этого месторождения показала значительную эффективность та­кого комплекса использования термо-минеральных вод.

Сопоставление результатов оценки эксплуатационных ресурсов тер­мальных и промышленных вод показывает, что в подавляющем большин­стве случаев промышленные воды являются термальными. Так как при оценке эксплуатационных ресурсов термальных вод учитывались только подземные воды с минерализацией до 35 г/л, в большем числе перспек­тивных на.термальные воды районов ресурсы тепла в промышленных во­дах, обладающих большей минерализацией, практически оказались не­учтенными. Исключение составляет Западно-Сибирская платформенная артезианская область, где минерализация промышленных вод не превы­шает 20 — 30. г/л и где были отдельно подсчитаны ресурсы как термаль­ных, так и промышленных вод. Однако в связи с различными принципами подсчета эксплуатационных ресурсов (для промышленных вод оценка была проведена на месторождениях, выделенных по технико-экономи­ческим критериям, а также с учетом снижения динамического уровня на 600 — 700 м, в то время как при оценке термальных вод технико-эко­номические факторы не учитывались, а проектная глубина динамиче­ского уровня не превышала 100 м от поверхности земли) суммировать ресурсы термальных и промышленных вод для определения возможного количества полезного тепла было бы неверным. Однако эксплуатация промышленных вод при их комплексном использовании может значи­тельно увеличить подсчитанные тепловые ресурсы в рассматриваемой области. Как показало проведенное Б. Ф. Маврицким и Л. Ф. Полуботко (1970) технико-экономическое сопоставление различных вариантов экс­плуатации Тобольского йодного месторождения, попутное использование через теплообменники тепла воды (перед извлечением иода) для отоп­ления зданий и тепличного комбината позволяет снизить себестоимость получения иода на 20% и сэкономить более 65 — 70 тыс. т каменного угля в год. Так как в северных районах Западно-Сибирской платформенной области эксплуатационные ресурсы термальных и промышленных вод одних и тех же горизонтов были подсчитаны отдельно, вопросы эксплуа­тации термальных вод здесь должны быть увязаны с планом разработки йодных месторождений.

Рассмотрим вопросы влияния отбора подземных вод на поверхност­ный сток. Прежде всего отметим, что так как эксплуатационные ресурсы промышленных и в подавляющем большинстве случаев термальных вод концентрируются в глубоких напорных горизонтах и обеспечиваются сработкой упругих запасав, то отбор этих типов вод практически не ока­зывает влияния на поверхностный сток. Частично по тем же причинам, а частично в связи с крайне незначительными ресурсами можно также не рассматривать¹ влияние отбора минеральных вод. Таким образом, оп­ределенное влияние на ресурсы поверхностных вод может оказать только эксплуатация пресных и солоноватых вод, осуществляемая для водоснабжения и орошения.

Вопросы учета взаимосвязи подземных и поверхностных вод в водо­хозяйственных балансах, в том числе определение влияния отбора под­земных вод на поверхностный сток, подробно рассмотрены в работе Е. Л. Миннина (1973). Эксплуатация Водоносных горизонтов, подземные воды которых связаны с поверхностными, несомненно, вызовет уменьше­ние поверхностного стока, при этом величина уменьшения будет зависеть от продолжительности периода эксплуатации, системы расположения во­дозаборов и расстояния водозаборов от реки.

Можно считать, что при отборе всех подсчитанных эксплуатацион­ных ресурсов уменьшение поверхностного стока произойдет на величину, равную восполняемым ресурсам, так как остальная часть эксплуатаци­онных ресурсов обеспечивается сработкой естественных запасов. Однако при этом не учитывается, что часть восполняемых эксплуатационных ре­сурсов (в ряде аридных районов довольно значительная) формируется за счет уменьшения или полного прекращения испарения с зеркала под­земных вод при его снижении в процессе эксплуатации. В связи с этим изменение поверхностного, стока будет меньше величины восполняемых эксплуатационных ресурсов подземных вод. При этом не учитывается также та часть отобранной воды, которая после использования и очистки снова сбрасывается в реки. Поэтому речной сток может уменьшаться только на величину так называемых безвозвратных потерь, обычно со­ставляющих не более 20 — 30% от общего количества отобранной воды. В некоторых случаях в результате сброса использованных подземных :вод поверхностный сток может даже возрасти, так как часть этих под­ъемных вод поступает за счет осушения пласта, а не только за счет при­влечения поверхностного стока.

Как было показано в гл. III, восполняемые эксплуатационные ре­сурсы подземных вод на территории СССР составляют около 5000 м³/с. Если даже не учитывать, что часть этих ресурсов обеспечивается умень­шением испарения,, то при безвозвратных потерях, равных 30%, общая величина уменьшения речного стока составит всего 1500 м³/с, или около 50 км³/год, (что составляет примерно 1 % от стока рек в СССР (4700 км³/год). В связи с этим при региональных оценках общих водных ресурсов СССР уменьшением общего речного стока за счет отбора под­земных вод можно пренебречь, но в отдельных районах, характеризу­ющихся напряженным водным балансом и малой величиной меженного стока рек, вопрос об уменьшении последнего приобретает весьма важное значение. Особенно это относится к районам, где проводится интенсив­ная эксплуатация подземных вод инфильтрационными водозаборами. В этом случае через довольно непродолжительный период поверхност-!Ный сток сокращается на величину, примерно равную расходу водоза­бора.

В практике водоснабжения отмечались случаи, когда в результате эксплуатации подземных вод полностью прекращался на определенный .период поверхностный сток в реке, гидравлически связанной с эксплуа­тируемым водоносным горизонтом. В таких условиях необходимо учиты­вать не столико уменьшение общего стока, которое может быть очень шалым,-сколько возможное изменение меженного речного стока. Однако в некоторых долинах даже при расположении водозаборов на сравни­тельно небольшом расстоянии от реки уменьшение меженного стока может быть незначительным вследствие наличия регулирующей емкости в водоносном горизонте и затрудненных условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод, вызванных фильтрационным сопротивлением рус­ловых отложений. В таких условиях в меженный период эксплуатацион­ные ресурсы формируются за счет сработки естественных запасов (осу­шение регулирующей емкости) с последующим восполнением сработан­ных запасов паводочными водами реки во время залива поймы. Подоб­ными условиями, как отмечает Е. Л. Минкин (1973), характеризуется, -например, долина р. Северский Донец, где суммарный дебит водозабо­ров значительно превышает меженный расход реки и несмотря на это река в межень имеет сток.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что уменьшение общего речного стока, вызванное отбором подземных вод даже при условии полного использования подсчитанных эксплуатацион­ных ресурсов, не превысит нескольких процентов от полной величины стока и может не учитываться в общих водохозяйственных балансах. Для отдельных районов необходимо учитывать возможное уменьшение меженного стока, особенно для небольших рек, где меженный сток может полностью прекратиться. Эти вопросы должны решаться в каждом кон­кретном случае на основе соответствующих гидрогеологических расчетов в комплексе с вопросами использования ресурсов поверхностных вод.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Выпуск 3 сводного тома «Гидрогеология СССР» представляет собой монографическое исследование основных закономерностей формирования и распространения эксплуатационных ресурсов различных типов под­земных вод и содержит их количественную оценку. Невысокая степень изученности гидрогеологических условий целого ряда областей СССР, недостаточная степень разработанности некоторых положений методики региональной оценки ресурсов и отсутствие полноценного учета исполь­зования подземных вод — все это, несомненно, позволяет рассматривать полученные результаты и выводы только как предварительные и дик­тует необходимость продолжения исследований в этом важном направ­лении современной гидрогеологии. Тем не менее выявленные закономер­ности формирования и распространения ресурсов подземных вод и их месторождений являются прочной научной базой для постановки даль­нейших поисково-разведочных работ на подземные воды.

Проведенные исследования показали, что Советский Союз обладает огромными эксплуатационными ресурсами различных типов подземных вод. На территории СССР формируются самые разнообразные типы месторождений подземных вод, из них наибольшее значение имеют ме­сторождения артезианских бассейнов платформенного типа и артезиан­ских бассейнов межгорных впадин (пресные и солоноватые, промышлен­ные минеральные и термальные воды), речных долин (пресные воды), конусов выноса (пресные воды), структур и масивов с трещинно-карсто-выми коллекторами (пресные воды), зон тектонических нарушений (ми­неральные воды).

Закономерности формирования эксплуатационных ресурсов подзем­ных вод определяются рядом факторов, из которых основными являются геологические условия в широком смысле этого понятия (тип структуры, литологичеокий состав водовмещающих пород, глубина залегания, ха­рактер перекрывающих и подстилающих отложений, условия на границах водоносного горизонта, фильтрационные и емкостные свойства и т. п.) и климатические условия. Различное сочетание таких факторов опреде­ляет возможные масштабы образующихся месторождений подземных вод, основные источники формирования ресурсов и характер режима подземных вод при эксплуатации. Эти закономерности следует учи­тывать при проектировании поисково-разведочных работ на подземные воды и планировании развития различных отраслей народного хо­зяйства.

Современное использование подземных вод в народном хозяйстве не превышает 10% от их выявленных эксплуатационных ресурсов. Это позволяет достаточно оптимистично оценивать перспективы дальнейшего использования подземных вод. Однако в связи с исключительно нерав­номерным распределением их ресурсов на территории СССР в ряде . районов возникают значительные трудности при организации централи­зованного водоснабжения. Сложность положения усугубляется и тем, что ресурсы поверхностных вод также распределены очень неравно­мерно. Так, 85% стока рек, впадающих в океан, протекает в необжитых районах, вдали от центров потребления. Кроме того, следует учитывать, что больше половины воды реки проносят за два-три весенних месяца (Вознесенский, 1972).

К районам, наименее обеспеченным водными ресурсами, отчасти в связи с их интенсивной современной эксплуатацией, относятся цен­тральные и южные районы европейской территории РСФСР, юг Украины и Молдавия, Средний и Южный Урал, Донбасс, Центральный Казах­стан, Туркмения и ряд других. В этих районах проблемы водоснабжения могут решаться только при условии проведения некоторых инженерно-технических мероприятий, связанных с комплексным использованием подземных и поверхностных вод, искусственным восполнением ресурсов, использованием солоноватых и соленых вод после их опреснения, тран­спортировкой воды (в том числе и подземной) на большие расстояния. Таким образом, для значительной части территории СССР проблема ис­пользования водных ресурсов приобретает новый смысл, определяемый необходимостью перераспределения водных ресурсов во времени и про-.стравстве и разработки научно обоснованной системы управления вод­ными ресурсами их охраны от загрязнения и истощения.

Исключительная роль ресурсов подземных вод в различных отрас­лях народного хозяйства вызывает, как отмечено выше, необходимость дальнейших научных исследований по этой актуальной проблеме. К чи­слу наиболее важных направлений научно-исследовательских работ в области изучения и использования ресурсов подземных вод относятся следующие.

1. Разработка общей теории фор1МИрования эксплуатационных ре­сурсов различных типов подземных вод (пресных, солоноватых и соле­ных, минеральных, термальных, промышленных), устанавливающей ос­новные закономерности движения подземных вод при их эксплуатации водозаборами в различных природных условиях.

2. Усовершенствование методики оценки ресурсов подземных вод (количественная оценка различных источников формирования эксплуа­тационных ресурсов, оценка условий взаимодействия горизонто1В, фильт­рации через глинистые разделяющие породы и т. п.).

3. Разработка научных основ управления водными ресурсами, вклю­чая гидрогеологическое обоснование искусственного восполнения запа­сов подземных вод, -,их охрану от загрязнения и истощения, создание постоянно действующих математических моделей крупных артезианских бассейнов и гидрогеологических районов.

4. Дальнейшее совершенствование методов поисков и разведки раз­личных типов подземных вод с широким применением современных гео­физических и математических методов.

5. Оценка влияния отбора подземных вод на гидрогеологические и ландшафтные условия окружающей среды.

6. Разработка методики региональной оценки и оценка эксплуата­ционных .ресурсов минеральных вод на площади перспективных райо­нов СССР.

7. Проведение теоретических и экспериментальных исследований по изучению условий миграции и накопления в подземных водах редких и рассеянных элементов (бора, рубидия, стронция, цезия и др.) с целью использования выявленных закономерностей для оценки ресурсов про­мышленных вод.

8. Совершенствование государственного учета всех видов использо­вания подземных вод в народном хозяйстве с целью планирования ра­ционального их отбора и изучения опыта эксплуатации.

Из всего вышеизложенного видно, что проведенные работы по ре­гиональной оценке эксплуатационных ресурсов подземных вод, резуль­таты которых приведены в данной работе, являются только первым эта­пом исследований. В настоящее время на территории СССР в наиболее перспективных.и важных в народнохозяйственном отношении районах проводится второй этап — оценка прогнозных эксплуатационных ресур­сов пресных и солоноватых вод с учетом размещения конкретных потре­бителей. Эта работа, проводимая в ряде случаев с использованием мето­дов математического моделирования, позволит уточнить количественную оценку и закономерности формирования ресурсов подземных вод ряда районов СССР. И, наконец, следующим этапом должна явиться регио­нальная оценка ресурсов подземных вод с учетом влияния на «них всего комплекса водохозяйственных мероприятий по перераспределению общих водных ресурсов, их рациональному использованию и охране от загрязнения и истощения. Одной из основных задач этого этапа регио­нальной оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод является учет возможного влияния проектируемого отбора на природные условия окружающей территории.