Объем воды и активность водообмена различных частей гидросферы земного шара

Общая характеристика водоисточников

Земной шар содержит около 16 млрд. км³ воды, что составляет 0,25% массы планеты. Но 13 млрд. км³ воды рассредоточено и надежно законсервировано в глубинных слоях, составляющих мантию. Большая часть воды входит в состав горных пород и минералов, слагающих земную кору, 1,45 млрд. км³ составляют гидросферу Земли.

Несомненно, основная часть гидросферы, водной оболочки нашей планеты - это океан. Известно, что доля Мирового океана по разным данным составляет около 94,0% - 96,5%, остальная часть приходится на подземные воды, ледники, почвенную влагу, пары атмосферы и на речные воды.

Если говорить об объемах пресной воды на планете, то она (Авакян А.Б. и др., 1999 г.) сосредоточена в основном в ледниках (68,7%), подземных источниках (30,9%) и менее всего – в реках (0,006%, табл.4.1). Аналогичные данные ранее приводились и другими учеными. По их сведениям, гидросфера составляет около 1460 млн. км³, из них на воды суши приходится около 90 млн. км³, или 6,1%, а на воды атмосферы - 13-15 тыс. км³, или 0,1%. Причем, воды атмосферы или «пары атмосферы», ежегодно дают 520 км³ осадков, из которых формируются все пресные водоемы суши (по Зарубину Г.П., 1971; Кульскому Л.А., 1978).

Еще совсем недавно господствовало твердое убеждение, что человечеству вполне хватит воды на все обозримое будущее. Но как ясно видно из изложенного, запасы воды на земном шаре далеко не беспредельны, а в связи с бурным развитием промышленности, сельского хозяйства во многих местах воды даже недостает. Все острее сегодня встает вопрос о недостатке чистой воды. Целостность системы мира предполагает целостную систему мер по его сохранению и дальнейшей эволюции. Именно в таком понимании концепция устойчивого развития, которая была провозглашена на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (1992 г.), знаменует становление нового мышления человечества.

Важнейшую роль в обеспечении устойчивого социально-экономического развития играют водные ресурсы. Однако Казахстан - одна из наиболее вододефицитных стран Евразийского пространства (рис. 4.1.). По удельной обеспеченности среди стран СНГ наше государство занимает последнее место.

Таблица 4. 1.

Часть гидросферы	Объем воды тыс. км3	% от общего объема всех вод	% от объема пресных вод	Продолжи- тельность условного водообмена
Мировой океан		96,5	-	2500 лет
Подземные воды		1,7	30,9	1400-10000 лет
Ледники		1,7	68,7	9700 лет
Озера		0,013	0,26	17 лет
Почвенная влага	16,5	0,001	0,05	1 год
Воды атмосферы	12,9	0,001	0,037	8 сут
Болота	11,5	0,0008	0,033	5 лет
Водохранилища		0,0004	0,016	0,5 года
Реки		0,0002	0,006	17 сут

Запасы водных ресурсов РК составляют около 539 км³ , в том числе 190 км³ содержатся в озерах. Водные ресурсы рек и водохранилищ составляют, соответственно, 100,5 км³ и 95,5 км³, вековые запасы ледников – 95 км³, а прогнозные ресурсы подземных вод – 58 км³.

Лишь 58% поверхностных вод Казахстана формируются на территории республики, остальные поступают с территории сопредельных государств.

В связи с разнообразием рельефа Казахстана внутренние воды распределены неравномерно. В пустынной и полупустынной зонах мало озер и рек, а в степной и лесостепной зонах их значительно больше. Внутренние воды республики делятся на четыре типа: озера, реки, подземные воды и ледники.

На обширной территории Казахстана находится более 48 тысяч больших и малых озер. Кроме таких крупных, как Каспийское, Аральское моря и озеро Балхаш, преобладают (94%) малые озера площадью менее 1 км². Почти все озера непроточные и замкнутые. Они отличаются резким колебанием уровня воды. Вода в большинстве озер соленая, причем, многие из них самоосадочные и служат для добычи соли. В Казахстане имеется 21 озеро площадью более 100 км². Они занимают 60% общей площади озер республики.

Географическое распространение озер Казахстана имеет некоторые особенности. Первая из них - неравномерное распределение. В зависимости от климатических условий количество озер уменьшается с севера на юг. Например, в Северном Казахстане находится 21580 озер (45%), а в Центральном и Южном Казахстане - 17550 озер (36%). По занимаемой площади доля северных озер составляет 35% от всех озер, а доля центральных и южных озер - 10%. Озера встречаются во всех природных

Рисунок 4.1. Поверхностные водоемы на территории Казахстана

зонах, но в зависимости от соотношения тепла и влаги их распределение, количество и качество воды подчиняются зональной закономерности. В увлажненных районах встречается большое количество озер, и при этом преобладают пресные. В районах с сухим климатом озер мало, и они, как правило, мелководные, непроточные, вода в них соленая, иногда озера высыхают. Например, в лесостепной зоне находится 740 озер площадью более 1 км², из них пресных и солоноватых в 6 раз больше, чем озер с соленой водой. К югу количество пресноводных озер уменьшается, а соленых становится больше. В степной зоне озер такой же площади насчитывается 1875, пресных в 4 раза больше, чем соленых. В полупустынной зоне количество озер 216, причем пресноводных в 1,3 раза больше, чем соленых. В пустынной зоне 142 озера, и почти все они соленые.

Второй особенностью озер Казахстана является их разновозрастность. Озера образовались в разное время. Большинство озер равнинно-низкогорной части переживает позднюю стадию развития. Озера лесостепных и степных зон постепенно заполняются рыхлыми отложениями, зарастают растительностью. Озера полупустынной и пустынной зон быстро засолоняются и превращаются в самоосадочные озера. Большинство из них находятся в различных стадиях отмирания». Озера высокогорных районов Казахстана относятся к молодым. Наибольшее число этих озер располагается на высоте 1400-2800 м над уровнем моря.

Уровень воды в озерах зависит от соотношения прихода и расхода воды. Из-за существенных изменений водного баланса в течение года уровень воды часто колеблется. В период весеннего снеготаяния уровень многих озер Казахстана поднимается. Летом их уровень постепенно снижается, из-за ливневых дождей на некоторое время снова поднимается. Иногда колебание уровня воды так резко выражается, что некоторые неглубокие озера периодически пересыхают. Общий объем уровня воды в озерах Казахстана составляет более 190 кв км.

Казахстанские озера по происхождению котловины делятся на следующие типы.

Тектонические озера, появившиеся в результате прогибания земной коры и опускания ее по разломам, более распространены в юго-восточных горах Казахстана и в Сарыарке. К ним относятся озера: Зайсан, Маркаколь, Карасор, Тенгиз-Кургальжинская группа, Кокшетауская группа, бывшее Иссыкское озеро и др.

Реликтовые (остаточные) озера характерны для первичных равнин, в частности, для Прикаспийской низменности. Главные остаточные озера Казахстана - Каспийское и Аральское моря. Эти тектонические озера образовались в прогибах земной коры. Остаточное происхождение их тесно связано с геологической историей древнего моря Тетис. В середине мезозойской эры через Южную Европу и Среднюю Азию в широтном направлении тянулась система бассейнов моря Тетис. На западе оно соединялось с Атлантическим океаном, охватывавшим Черное и Средиземное моря, а на востоке с Тихим океаном. В неогене в результате сложных тектонических движений море Тетис сначала отделилось от Тихого океана, затем ограничилась его связь с Атлантическим океаном. Таким образом, из остатков моря Тетис образовались Каспийское и Аральское моря.

Каспийское море – крупнейший закрытый водоем в мире – омывает западную часть Казахстана (рис. 4.2.). Название моря связано с племенем.

Рисунок 4.2. Самое крупное озеро в мире – Каспийское море

«каспии», которое населяло его берега с незапамятных времен. Также море носило и такие названия как Гирканское, Хазарское, Хвалынское. Первые упоминания о Каспийском море и населяющих его прибрежную часть племенах содержатся еще в работах Геродота Каспийское море тянется с севера на юг на протяжении 1200 км, средняя ширина его - 320 км, длина береговой линии – около 7000 км. Область акватории – 371000 кв. км; максимальная глубина моря – 1025 м (в южной части), казахстанская часть моря - не глубока, глубина северного берега Каспия всего около 15-20 м. Самые крупные заливы на территории Казахстана –Мангыстауский, Кара-Богаз-Гол и т.д.

Средняя соленость воды в море - 12,7-12,8%, на восточном побережье - 13,2%, в районах близких к устью Волги и Урала - 0,1-0,2%. Уровень моря иногда повышается до 2,5 м, иногда падает до 2 м. Стандартное колебание уровня моря в сезон около 30 см. Известно, что самый низкий уровень моря наблюдался VII- XI веках (до 2-4 м ниже, чем сегодня).

Аральское море, или, как его называли в старину, Синее море, расположено в центре среднеазиатских пустынь (рис. 4.3.).

Рисунок 4.3. Аральское море в 50-е годы XX века

По размерам площади зеркала водной поверхности, равной 68700 км², оно является одним из самых малых морей стран СНГ (меньше его только Азовское море), однако среди озер оно занимает третье место в мире после Каспийского моря и озера Верхнего (Северная Америка). Несмотря на большие размеры, Аральское море относится; к числу мелководных водоемов. Наибольшая его глубина, расположенная в ложбине, тянущейся вдоль западного берега, составляет 68 м, преобладающая же глубина, как правило, не превышает 30 м. Аральское море является бессточным водоемом. В него впадают две реки: Аму-Дарья и Сыр-Дарья.

Современная проблема Аральского моря корнями уходит в далекое прошлое. Но угрожающие масштабы она приняла в 60-х годах ХХ века. Интенсивное освоение новых земель, дальнейшее развитие орошаемого земледелия, строительство для этого ирригационных систем по всей территории Центральной Азии, продолжающийся рост потребностей в воде для бытового и промышленного потребления, а также систематически повторяющиеся маловодные годы создали условия для одной из самых крупных в новейшей истории глобальных экологических катастроф – высыхания некогда одного из красивейших водоемов на нашей планете.

За последние пятьдесят лет площадь акватории Аральского моря сократилась более чем в 4 раза, объем воды уменьшился в 10 раз, во столько же раз возросла его минерализация (рис. 4.4.).

Вековой ход уровня (рис. 4.5.) носит циклический характер: группы лет с высоким стоянием уровня воды чередуются с годами низкого стояния уровня. Наиболее низкий уровень, по данным Л. С. Берга, наблюдался в 1880 г. Многолетняя амплитуда колебания уровня Аральского моря составляет 326 см.

Рисунок 4.4. Современное состояние Аральского моря

В марте 1993 года состоялась встреча Глав государств Центральной Азии. На этой встрече в г. Кзылорде было подписано Соглашение о совместных действиях по решению кризиса Аральского моря.

Данная проблема рассматривалась и в рамках Программы ООН по окружающей среде (02.06.2008 г.). Была выражена готовность участвовать в международных усилиях по поиску решений комплекса проблем, связанных с ситуацией в Аральском регионе. В данном контексте японское правительство, совместно с ЕС, планирует провести в рамках мероприятия высокого уровня, посвященного Целям развития тысячелетия, параллельное мероприятие по водным проблемам.

Объявление Международным десятилетием (2005 г.–2015 г.) «Вода для жизни» Генеральной Ассамблеей ООН свидетельствует о большой актуальности для населения всей нашей планеты проблемы водообеспечения.

Рисунок 4.5. Вековой ход уровня Аральского моря

Особое значение, с точки зрения гигиены водоснабжения имеет, конечно, озеро Балхаш, длина которого превышает 600 км. Оно расположено на высоте 340 метров над уровнем моря. Природа отметила Балхаш печатью уникальности, загадочным образом совместив в одном водоеме пресную и соленую части. Узким проливом Узун-Арал озеро разделяется на две обособленные части - западную, в основном пресную, и восточную, преимущественно солоноватую. Западная часть более мелководна и широка, ее береговая линия сильно изрезана небольшими заливчиками. Восточная часть узкая и длинная, ее береговая линия менее извилиста. Дно озера ровное, покрыто илом, сменяющимся на мелководье песками.

Почти все реки (Или, Кара-Тал, Аксу, Лепса) впадают в озеро с юга. Основной артерией бассейна озера Балхаш является Или. Данная река дает около 73% всего водного стока в Балхаш. Однако, начиная с 60-х годов, то есть со времен расцвета промышленной деятельности тогда еще в Советском государстве, Балхаш стал постепенно мелеть. За 30-40 лет площадь озера сократилась более чем на 2000 квадратных километров. Береговая линия отступила на два с лишним метра. На месте некоторых заливов образовались солончаки.

Ледниковые озера встречаются в высокогорных областях и соответствуют районам древнего оледенения. К ним относятся: морено-запрудные озера: Большое Алматинское озеро в Заилийском Алатау, озеро Жасылколь, расположенное на северном склоне Жунгарского Алатау и др. В привершинной части склонов гор под воздействием небольших ледников и выветривания образуются чашеобразные углубления. При наполнении их водой образуется очень много небольших по размерам озер.

На севере Казахстана, в результате проседания рыхлых пород образуются суффозионные озера, их называют «степными блюдцами».

Также различают долинно-русловые озера, которые находятся в отделившихся от реки участках ее прежнего русла (рис. 4.6.).

На территории Казахстана насчитывается более 85 тысяч рек и временных водотоков, в том числе большинство рек длиной до 100 км, 305 – до 500 км, 23 реки длиной свыше 500-1000 км.

Иртыш – наиболее многоводная река Казахстана. Длина ее в пределах республики составляет 1700 км (общая длина 4248 км). Вторая по величине река Казахстана Сырдарья длиной 1400 км в пределах республики (общая 2219 км).

Река Или, как было уже сказано, впадает в озеро Балхаш. Общая ее длина составляет 1001 км, в пределах Казахстана – 815 км.

К наиболее значительным рекам относятся реки Урал, Ишим, Тобол, Илек, Шу, Торгай, Сарысу, Талас, Нура, Эмба и др.

Рисунок 4.6. Долинно-русловые озера

По характеру питания реки Казахстана делятся на 3 типа: снеговые, ледниковые и смешанные. В соответствии с характером питания большинство рек республики имеет весеннее половодье, лишь при большой доле ледникового питания половодье происходит летом.

Основным источником питания рек Казахстана являются ледники. Всего в горах Казахстана выявлено 2724 ледника с общей площадью оледенения 2033,3 кв. м. Почти половина всей площади оледенения приходится на горы Джунгарского Алатау.

Итак, все вышеперечисленные водные объекты относятся к поверхностным водным объектам ( водный объект– сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа либо в недрах, имеющие границы, объем и черты водного режима ) или к поверхностным водам.

Причем эти воды также относятся к природным, так как сформированы под действием естественных процессов. К ним также относятся проливы, заливы, бухты морей и океанов, болота, ручьи, родники, гейзеры и т.д.

Подземные воды по условиям залегания, распространения, питания, формирования ресурсов, химическому составу, характеру проницаемости водовмещающих пород делятся на трещинные, трещинно-пластовые и пластовые.

Трещинный тип распространен в горных и мелкосопочных районах. Он залегает на глубине 30-50 м в виде родников с низкой минерализацией (0,1 - 0,5 г/л). Пластовый тип развит на всех равнинных территориях, речных долинах.

Помимо подземных вод, под обширными пространствами верхних пластов суши распространены еще и подземные льды. Их общая масса оценивается величиной в 500000 км³. В России территории, содержащие подземный лед (зоны многолетней мерзлоты), занимают 47% ее площади. В толще вечномерзлых грунтов лед заполняет трещины и поры горных пород, выступая в роли своеобразного цемента. В отдельных местах лед образует сплошные залежи в виде пластов и линз, ледяных жил, штоков. Мощность ледяного слоя может достигать 50 м. В зонах вечной мерзлоты встречаются своеобразные подземные воды - криопеги. Так называются концентрированные подземные рассолы, сохраняющие жидкое состояние при отрицательных температурах. Обычно температура замерзания их не ниже -10^oС, но отдельные зоны жидких рассолов обнаруживали и при -36^oС.

Залегая на глубине 200-300 м и имея возможность двигаться в пластах горных пород, криопеги создают природный холодильник, простирающийся в глубь Земли более чем на километр и охватывающий 2/3 Сибирской платформы, острова и побережья Северного Ледовитого океана, включая его шельф. Наличие криопегов весьма осложняет водоснабжение этих районов, затрудняет добычу нефти и газа: при пониженных температурах в глубоких пластах нефть становится очень вязкой, а газ (метан) образует с водой льдоподобные кристаллогидраты. Ученые предсказывают существование мощной криопеговой зоны и под Антарктическим ледяным щитом.

Атмосферные воды образуются в результате сгущения водяных паров атмосферы и выпадения их на землю в виде дождя, снега. Они стекают по поверхности суши, называемой водосбором, образуя поверхностные воды, а часть их инфильтруется в грунт и переходит в подземные воды.

Для организации водоснабжения в населенных местах используются как поверхностные (или открытые водоемы), так и подземные водоисточники. Дадим им краткую санитарно-гигиеническую характеристику.

Поверхностные воды отличаются своим характером формирования. Они образуются главным образом за счет атмосферных осадков, поверхностного стока талых вод и в меньшей степени за счет питания из подземных водоисточников. Характерной особенностью их является наличие большой поверхности воды, находящейся под воздействием лучистой энергии солнца и соприкасающейся непосредственно с атмосферой. Последнее обстоятельство создает благоприятные условия для развития водной флоры и фауны.

Открытые водоёмы отличаются более постоянным дебитом воды и средней степенью минерализации, что позволяет с успехом использовать воду из этих источников как для хозяйственных, технических нужд, так и для питьевых целей.

Однако открытые водоёмы, как правило, подвержены значительному загрязнению извне (пылью, непосредственно людьми, животными, разнообразными стоками с поверхности почвы). Поэтому вода из открытых источников может использоваться в питьевых целях только после специальной обработки (данный вопрос будет рассмотрен отдельно). Необходимость предварительной обработки воды, получаемой из открытых водоёмов, затрудняет использование её в индивидуальном порядке.

Из поверхностных водоемов с целью водоснабжения наиболее часто используются реки. Воды различных рек, а иногда даже различных частей одной и той же реки, могут отличаться друг от друга по своим физическим свойствам и химическому составу, степени загрязнения, что зависит от времени года и характера поверхностных стоков (промышленных, хозяйственно-фекальных, животноводческих и других). Однако речные воды обладают наибольшей способностью к самоочищению. Поверхность земли, с которой вода поступает в реку, называется областью питания данной реки.

В небольших сельских населенных пунктах, в случае недоступности к подземным водам, для водоснабжения могут быть использованы озера и пруды. Как правило, сток воды в них почти отсутствует. На дне этих водоемов образуются значительные илистые отложения за счет выпадения взвешенных частиц. Они менее пригодны для хозяйственно-питьевого водоснабжения, так как значительно подвержены загрязнению и обладают слабовыраженной способностью самоочищения. В них часто наблюдается цветение за счет развития водорослей, что ухудшает органолептические свойства воды.

Искусственные водохранилища также относятся к поверхностным источникам воды. Они создаются путем сооружения плотин, задерживающих водоток рек. Они чаще всего имеют комплексное назначение (промышленное, энергетическое, для целей водоснабжения и др.). Устраиваются они путем затопления прилегающих к рекам огромных территорий. Качество воды в таких водохранилищах в значительной мере зависит от состава речных, талых и грунтовых вод, участвующих в их формировании. Также большое влияние на качество воды в водохранилище, особенно в первые годы его эксплуатации, оказывает санитарная подготовка его ложа (дна). Предварительно место затопления должно быть подвергнуто полной и тщательной санитарной обработке. Особенно те территории, где располагались населенные пункты, кладбища, больницы, скотомогильники и т. д., что может гарантировать эпидемиологическую безопасность и хорошие органолептические свойства воды.

Уникальным искусственным водоемом вблизи г. Алматы является Капчагайское водохранилище, заполнение которого из реки Или началось в 1970 году. Вода рукотворного водоема используется для получения гидравлической энергии: только через турбины ГЭС ежегодно пропускается до 720-750 миллиардов кубометров воды. В настоящее время на берегах этого искусственного моря расположены многочисленные зоны отдыха (рис. 4.7).

Каналы — искусственные земляные сооружения, по которым протекает вода. Они простираются иногда на сотни ки­лометров. Имеют главным образом народнохозяйственное значение, но на отдельных участках при полном санитарном благополучии используются для питьевых целей, отдыха населения. Примером такого водоема может служить Большой Алматинский канал (БАК).

Значительная часть воды на нашей планете скрыта под ее поверхностью. С давних времен эту воду называли подземной. Так ее называют и теперь, хотя правильнее было бы характеризовать ее как внутриземную или подпочвенную. Лишь относительно малая доля такой воды выходит на поверхность в виде тихих ключей, горных ручейков или бурных пароводяных фонтанов - гейзеров. Основные же массы ее тысячелетиями накапливаются в невидимых кладовых, стиснутые между водоупорными слоями, пока не откроется где-либо свободный выход или не выпустит их на простор дерзкое вмешательство человека.

Во многих сельских и городских населенных пунктах для водоснабжения используются подземные воды. Главным образом они образуются за счет фильтрации атмосферных осадков через почву; небольшая часть их образуется в результате фильтрации воды открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ и т. д.) через русло.

Просачиваясь через слои земных пород, вода постепенно очищается от взвешенных в ней частиц, в том числе и от микроорганизмов, и растворяет содержащиеся в породах минеральные соли. Поэтому такая вода содержит очень мало взвешенных примесей, т.е. является наиболее чистой по сравнению с водой, получаемых из других источников, но отличается более высокой степенью минерализации. Подземные источники характеризуются также большим постоянством дебита воды, что даёт возможность довольно точно планировать водоснабжение.

Накопление и движение подземных вод зависят от строения пород, которые по отношению к воде разделяются на водоупорные (водонепроницаемые) и водопроницаемые. Водоупорными породами являются гранит, глина, известняк; к водопроницаемым относятся песок, гравий, галечник, трещиноватые породы. Вода заполняет поры и трещины этих пород.

Верхняя граница подземных вод проходит на различных глубинах - от нескольких метров до нескольких десятков и сотен метров. Ниже этой границы почти все поры и трещины в горных породах заполнены водой, за исключением отдельных участков нефтяных и газовых месторождений, где поры и трещины заняты нефтью и газом.

По расчетам в верхней пятикилометровой толще земной коры на

Рисунок 4.7. Капчагайское водохранилище и ГЭС

континентах содержится 84,4*106 км³ воды. Из них 60*106 км³ составляет свободная (гравитационная) вода, способная передвигаться под влиянием силы тяжести. Во всей земной коре содержится около 1,5*109 км³ воды, что соизмеримо с объемом Мирового океана (по Кульскому Л.А. и соавт., 1982).

Подземные воды - это единственный вид полезных ископаемых, запасы которых могут возобновляться в процессе эксплуатации, поскольку они являются сложной динамической системой, взаимодействующей с окружающей средой. Поэтому запасы подземных вод подразделяются на статические (так называемые вековые воды) и динамические (возобновляемые). Эксплуатационные запасы подземных вод определяются расходом, который может быть постоянно получен за единицу времени.

Мировые динамические запасы подземных вод составляют 12000 км³, в том числе для СНГ - 880 км³. Это подземные воды так называемой зоны активного водообмена, которые дренируются реками и создают устойчивую часть речного стока. Ниже уровня дренажа рек предполагается наличие не менее 9/10 общего запаса вековых подземных вод, имеющих очень слабую активность водообмена.

О ресурсах пресных подземных вод можно судить по величине подземного стока в реки. Для стран СНГ этот сток превышает 30000 м³/с, что составляет почти четверть общего речного стока.

На территории СНГ пресные подземные воды наиболее распространены в России, Украине, Казахстане, где были обнаружены их огромные линзы, по объему равные нескольким Аральским морям. Обширные подземные линзы пресной воды найдены и в странах Средней Азии.

Подземные воды либо вытекают на поверхность естественным путём (родники), либо их добывают посредством сооружения различного рода колодцев.

Подземные воды по условиям залегания делятся на почвенные, грунтовые и межпластовые. Дадим им сравнительную гигиеническую характеристику.

а) Почвенные воды (поверхностные или верховодка) находятся в зоне просачивания атмосферных вод и наиболее близко залегают к земной поверхности в первом водоносном горизонте в виде линз. Больше всего их накапливается во время атмосферных осадков, но летом они высыхают, зимой промерзают. Эти водоисточники, во-первых, имеют относительно небольшой дебит воды, во-вторых, не имеют защиты в виде водоупорного слоя, поэтому они легко подвергаются загрязнению, их состав резко меняется в зависимости от внешних условий (погодных, антропогенных), поэтому практически не используются с целью водоснабжения населенных мест.

б) Грунтовые воды скапливаются на первом водонепроницаемом слое, но не имеют водоупорного слоя сверху и поэтому между ними и поверхностными водами происходит водообмен. Они образуются за счет просачивания атмосферных осадков через слои почвы, поэтому уровень воды подвержен большим колебаниям в различные годы и сезоны. В различных местностях глубина их залегания может колебаться от 1,5-2 м и более.

Как правило, эти воды широко используются в сельских населенных пунктах - забор воды производится с помощью различных колодцев (шахтные, трубчатые и др.). Некоторые из них иногда используются для небольших водопроводов. Поскольку эти воды не находятся под давлением, их уровень в колодце устанавливается на уровне подземного слоя воды.

Грунтовые воды отличаются более или менее постоянным составом и лучшим качеством, чем поверхностные. Фильтруясь через довольно значительный слой почвы, они становятся более прозрачными, обесцвеченными и в бактериологическом отношении менее опасными, чем поверхностные воды рек, озер. В предупреждении загрязнения грунтовых вод большую роль играет санитарная охрана почвы от загрязнений.

В прибрежных местностях грунтовые воды могут иметь гидравлическую связь с водами рек и других открытых водоемов. В этих случаях происходит просачивание речной воды в грунтовый слой и увеличение количества грунтовой воды. Эти воды называются подрусловыми. Подрусловые воды иногда используются в питьевых целях путем устройства инфильтрационных колодцев. Но в силу связи с открытым водоемом состав воды в них непостоянен и менее надежен в санитарном отношении, чем в хорошо защищенных грунтовых слоях.

На склоне гор или в глубине больших оврагов, то есть в пересеченном рельефе местности грунтовые воды могут выходить на поверхность в виде безнапорных или нисходящих родников. По своему составу и качеству эта родниковая вода не отличается от питающей ее грунтовой воды и может быть использована с целью местного водоснабжения.

в) Межпластовые воды представляют собой подземные воды, заключенные между двумя водонепроницаемыми породами. Различают межпластовые безнапорные и межпластовые напорные воды. Те и другие имеют так называемые непроницаемые «крышу» и «ложе». Однако межпластовые напорные воды полностью заполняют пространство между ними и передвигаются в нем под большим давлением. Тогда как между поверхностью межпластовых безнапорных вод и «крышей» имеется некоторое воздушное пространство, поэтому вода находится под меньшим давлением.

Эти воды в силу напора снизу могут высоко подниматься в колодцах, а иногда самопроизвольно фонтанировать (артезианские воды).

Благодаря водонепроницаемой кровле межпластовые воды надежно изолированы от просачивания атмосферных осадков и расположенных выше грунтовых вод. Пополнение межпластовой источников происходит в местах выхода на поверхность водоносного слоя, причем эти места часто находятся далеко от места залегания основных запасов межпластовых вод.

В том случае, если водоупорный слой, расположенный над водоносным, прерывается оврагом, то межпластовые воды могут иметь естественный выход на поверхность в виде восходящих ключей или родников. Эта родниковая вода по качеству не будет отличаться от питающих ее межпластовых вод.

Благодаря тому, что воде, находящейся под повышенным давлением, присуща высокая растворяющая способность, подземные межпластовые воды богаты разнообразными комплексами ионных, молекулярных и коллоидных примесей, зачастую насыщены газами.

Самая пресная подземная вода встречается обычно в высокогорных источниках. Иногда содержание солей в ней ниже 0,1 г/л. Подземные рассолы, залегающие под равнинными территориями, отличаются противоположными свойствами: в них содержатся одинаковые по массе количества солей и воды. В Туркмении, например, обнаружены рассолы с минерализацией 547 г/л.

Химический состав подземных вод определяют по сочетанию преобладающих ионов: гидрокарбонатно-кальциевые, хлоридно-натриевые и т.п. Степень минерализации подземных вод обычно находится в определенной зависимости от их химического состава.

Так, пресные воды - преимущественно гидрокарбонатные. В рассолах средней концентрации (100 г/л - 150 г/л) чаще всего преобладает хлорид натрия. В более крепких рассолах наряду с ионами хлора содержится также много кальция и магния. С ионным составом подземных вод связано и содержание в них некоторых газов, особенно углекислого. От него зависит карбонатное равновесие (соотношение катионов водорода, кальция и анионов гидрокарбоната и карбоната). Подземные воды повышенной углекислотности агрессивны по отношению к строительным сооружениям, особенно к тем, которые имеют в своем составе бетон.

Фактически подземные воды содержат все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, вплоть до редкоземельных. Поэтому они могут являться источником ценного химического сырья. Известно, что еще в XI веке поваренную соль добывали выпариванием подземных рассолов. Сейчас из подземных вод получают практически весь иод и большую часть брома.

В США и Италии из подземных рассолов, кроме иода и брома, получают борную кислоту, вольфрам, литий, германий. Из минеральных источников Карповых Вар ежегодно добывают 1300 т глауберовой соли и 800 т соды.

В подземных водах содержатся также органические вещества, выделяющиеся в результате биохимических процессов, которые протекают в верхних слоях почвы, или при контакте с залежами горючих ископаемых.

Недавно установлено, что в подземных водах широко распространены в виде газообразных примесей низшие углеводороды. Особенно много их в пластовых водах нефтегазовых бассейнов. По расчетам ученых, только в СНГ в пластовых водах содержится 4000 триллионов кубометров этого ценнейшего сырья. Это в сотни раз больше известных промышленных запасов нефти и газа во всем мире.

Подземные воды начинают рассматривать как весьма перспективный источник добычи природного газа. В Японии, например, уже сейчас 30% природного газа получают именно таким путем. Учитывая, что в пластовых водах содержится много других ценных химических компонентов, переработку подземных вод можно осуществлять в виде комплексного многоотраслевого производства, безотходного и высокорентабельного.

Как правило, в подземных водах очень слабо представлены микроорганизмы, а содержание болезнетворных бактерий практически исключено. Так, межпластовые воды в силу глубокого залегания характеризуются постоянными физическими свойствами и химическим составом. Антропогенное загрязнение межпластовых вод возможно крайне редко, например, при нарушении целости водоупорных слоев, при отсутствии надзора за старыми, уже неиспользуемыми скважинами. Малейшее изменение качества воды межпластовых горизонтов можно рассматривать следствие санитарного неблагополучия в данной местности.

С давних времен высоко ценилась кристально чистая родниковая вода. Только такую воду подавали по водопроводам в Древний Рим - город с миллионным населением; даже самой чистой речной водой римляне пренебрегали. В то время как пересыхали поля, воду из источников бесконтрольно забирали для города. В эпоху расцвета Рима на каждого жителя приходилось до 1000 л воды в сутки. Никогда и нигде чистейшую питьевую воду не тратили так расточительно, используя ее в банях, купальнях и т.д.

Подземные воды используются в первую очередь для питьевых целей, потому что, как правило, они не требуют специальной очистки, а в ряде случаев и обеззараживания.

Однако стерильность подземных вод таит, как теперь предполагают, и немалую потенциальную опасность. В случае загрязнения артезианская, родниковая или колодезная вода, не имея собственных "сил сопротивления", надолго остается опасной для здоровья человека.

Как ни парадоксально, открытые водоемы оказываются в лучшем положении: в них обнаружены бактерии, паразитирующие внутри клеток других грамотрицательных бактерий. Немецким исследователем Г. Штольпом (1963) в пределах рода достоверно описан один вид - Bdellovibrio bacteriovorus (bdello (лат.)- пиявка), известный также как вибрион Штольпа. Он проникает в другие бактерии и размножается в них (рис. 4.8).

Рисунок 4.8. «Пожирание» микроба, присутствующего в воде,

Дата добавления: 2014-12-25