Краткие сведения о подземных водах

Все специалисты, в сферу профессиональной деятельности которых входят вопросы водопользования, инженерных систем водоснабжения, экологии водных систем, должны обладать определенным набором знаний и навыков по проектированию, строительству и эксплуатации водозаборных скважин.

Огромные ресурсы пресных подземных вод нашей страны – около 6 тыс. м³/сек расходуются пока только на 10%. При этом, в России эксплуатируются настоящее время около 1 миллиона водозаборных скважин. Бурение и оборудование скважин на воду занимает важное место в народном хозяйстве страны.

Ежегодно в России сооружают более 30 тысяч водозаборных скважин, которые используются для водоснабжения, обводнения пастбищ, водопонижения, инженерно-гидрогеологических исследований и других целей. По определению академика Карпинского: «Вода – это самое драгоценное ископаемое. Вода – это не просто минеральное сырье; это не только средство для развития промышленности и сельского хозяйства; вода – это живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не было».

Водозаборная скважина является наиболее удобным водозаборным сооружением для добывания подземных вод. По сравнению с подземными водозаборами других типов она обладает следующими преимуществами:

1. Скважиной можно вскрыть водоносные горизонты, залегающие на значительной глубине. В настоящее время скважины для водоснабжения часто бурятся на глубину 200-300 м, а в отдельных случаях 1000-1200 м;

2. Скважину можно пробурить в твердых скальных породах;

3. Скважина в санитарном отношении является наиболее надежным водозаборным сооружением по сравнению с шахтным колодцем и особенно каптажем источника.

Данное учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям направлений «Водопользование» и «Природоохранное обустройство территорий». В пособии используются действующие нормативные материалы, правила и требования [1,3,4,5]

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Подземные воды по гидравлическим условиям делят на напорные и безнапорные, а по условиям залегания – артезианские и грунтовые. Кроме того, подземные воды подразделяются на три основных вида: верховодку, грунтовые и межпластовые (напорные и безнапорные).

Верховодка образуется в местных линзах за счет инфильтрации атмосферных осадков, поступающих с дневной поверхности через водопроницаемые породы. Верховодка всегда залегает выше грунтовых вод (рис. 1,2), имеет относительно небольшое по площади распространение, характеризуется небольшими запасами воды и непостоянством расположения уровня или зеркала воды.

Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т.е. являются безнапорными (рис. 3) и представляют собой первый от поверхности постоянно существующий водоносный горизонт. Эти воды распространены почти повсеместно.

Для грунтовых вод характерны следующие признаки: неполное заполнение ими водопроницаемого пласта; частые совпадения областей питания и распространения; отсутствие напора; постоянное колебание уровней, что приводит к изменениям мощности водоносного горизонта и запасов грунтовых вод во времени, изменениям во времени физических свойств, химического, газового и бактериального состава воды.

Подземные воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами в пределах сравнительно крупных геологических структур и находящиеся под гидростатическим давлением, называются артезианскими. Они относятся к межпластовым подземным напорным водам, заключенным в более глубоких водоносных горизонтах. При вскрытии водоносного напорного пласта буровой скважиной вода в ней поднимается выше кровли водоносного пласта (рис. 4). Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором.[ 6, 26].

Рис. 4. Схема залегания артезианских горизонтов:

Ввиду широкого разнообразия условий залегания, движения, добывания подземных вод и возможностей их использования, существуют стандартные классификации [16,17].

Классификация подземных вод по общим признакам, отражающим возможности их загрязнения и истощения, приведена в таблице 1.

Классификация подземных вод по общим признакам

Вид	Категория	Глубина залегания уровня воды, м	Глубина залегания кровли водоносного горизонта, м
Постоянные Временные	Малая Средняя Большая	До 50 От 50 до 300 Св. 300	До 100 От 100 до 1000 Св. 1000

Классификация бассейнов и месторождений подземных вод, а также водоносных горизонтов по их размеру и водности приведена в таблице 2.

Классификация бассейнов и месторождений подземных вод и водоносных горизонтов по их размеру и водности

Категория	Площадь, км²	Мощность м	Подземный сток, м³/с
Большая Средняя Малая	Св. 1000 От 1000 до 100 До 100	Св. 100 От 10 до 100 До10	До 100 От 100 до 1000 Св. 1000

Фильтрационные параметры подземных вод даны в табл.3. Они определяют величину водоотдачи водоносных горизонтов и месторождений подземных вод и их эксплуатационную производительность.

Классификация водоносных горизонтов и месторождений подземных вод по фильтрационным параметрам

Категория	Коэффициент фильтрации, м/сут	Коэффициент уровней пьезопроводности, м³/сут	Водоотдача, единицы	Эксплуатационная производительность, м³/сут
Большая Средняя Малая	Св. 80 От 10 до 80 До 10	До 10⁶ От 10³ до 10⁶ Св. 10³	Св. 0,3 От 0,1 до 0,3 До 0,1	Св. 1000 От 1000 до 10000 До 1000

Характер водообмена и режимы подземных вод даны в табл.4 и 5. Они определяют интенсивность восполнения, загрязнения и самоочищения подземных вод.

Классификация подземных вод по характеру водообмена

Характер залегания вод	Тип вод по условиям циркуляции	Соотношение области питания и области распространения	Гидравли-ческая связь с дренами	Гидродинами-ческая связь водоносных горизонтов	Водообмен
Открытый Наличие «гидро-логических окон» Изолирован-ный	Трещинно-карстовый Трещинный Поровый	Совпадает - Частично совпадает	Постоянная Периодическая Отсутствует	Явная Неявная Отсутствует	Активный Замедленный Весьма замедленный

Классификация подземных вод по режимным характеристикам

Естественная скорость течения	Температура воды
Категория	Значение, м³/с	Категория	Значение, ˚С
Малая Средняя Большая -	До 0,02 Св. 0,02 до 0,1 Св. 0,1 -	Холодная Теплая Горячая Очень горячая	До 20 Св. 20 до 35 Св. 35 до 42 Св. 42

Подземные воды классифицируют также по целям водопользования в соответствии с таблицей 6.

Классификация целей водопользования	Цели водопользования
Хозяйственно-питьевые и коммунально-бытовые нужды населения	Хозяйственно-питьевое водоснабжение территорий жилой застройки и общественных зданий: городских промышленных районов; сельскохозяйственных районов
Хозяйственно-питьевые и коммунально-бытовые нужды населения	Кондиционирование воздуха в общественных и жилых зданиях
Полив и мытье территорий населенных пунктов (улиц, площадей, зеленых насаждений), работа фонтанов и т.п.
Полив посадок в городских и поселковых теплицах и парниках
Прочие нужды (в том числе тушение пожаров, промывка водопроводных и канализационных сетей)
Лечебные, курортные и оздоровительные цели	Лечебные цели (для больниц, поликлиник, амбулаторий и др.)
Курортные цели (для санаториев, домов отдыха и др.)
Оздоровительные цели (для плавательных бассейнов, стадионов и др., а также для розлива минеральной воды)
Нужды сельского хозяйства (без орошения и обводнения)	Полив посадок в колхозных и совхозных теплицах и парниках
Нужды животноводства
Технологические нужды колхозных и совхозных предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции и сырья
Технические нужды колхозов и совхозов (для мастерских, ремонтных работ в автотракторных парках и гаражах, а также тушения пожаров в сельскохозяйственных комплексах и др.)
Орошение и обводнение	Орошение:оазисное;региональное
Обводнение (пастбищ)
Промышленные нужды (без теплоэнергетики)	Хозяйственно-питьевые и коммунально-бытовые нужды промышленных предприятий (и тушение пожаров)
Технические нужды строительства, предприятий по переработке сырья (изготовление пищевых продуктов, химико-фармацевтических препаратов, промышленных изделий и др.): обеспечение водой производственных процессов; кондиционирование воздуха
Разработка твердых полезных ископаемых: техническое водоснабжение шахт, разрезов, рудников, карьеров; обеспечение водой производственных процессов на обогатительных фабриках