Подземные воды. Основные представления. Что из себя представляют подземные воды?

Для начала развеем основной миф: Подземные воды заполняют трещины и пустоты в горных породах. Пористые породы, такие, как песок, вода наполняет как губку. Если вы когда-нибудь наблюдали, как вода заполняет песок или галечник на пляже, то, в принципе, имеете примерное представление о характере нахождения подземных вод в пористой горной породе. В скальных трещиноватых породах вода содержится, в основном, в трещинах и, что характерно, в существенно меньших количествах, т.к. объем трещин всегда будет меньше объема пор. Уверяю вас, ни о каких подземных реках и озерах речи не идет! Забудьте эти газетные утки – журналисты еще не то напишут! Практически ВСЕ пресные подземные воды, которые мы выкачиваем из-под земли, поступают в подземные водоносные горизонты с поверхности. Когда на Ваши глаза попадается статья, где рассказывается о том, что подземные воды потому такие чистые и полезные, что сохранялись на глубине в течение тысяч и миллионов лет – будьте уверены, это заблуждение! Основное питание подземных вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, конденсации паров воды в верхних слоях почвы и подтягивании воды из поверхностных водоемов – рек, озер и болот.

В естественных условиях этот процесс, действительно, может происходить очень медленно. Однако, в нарушенных условиях при эксплуатации подземного водозабора он существенно ускоряется и основное питание подземных вод происходит сверху. О поверхностном характере питания подземных горизонтов свидетельствуют особенности их химического состава и наличие характерных «болотных» компонентов в воде, которую мы выкачиваем с глубины более 200 м. Несмотря на то, что указанные представления являются общеизвестными, их то и дело приходится повторять снова. Специалисты НПГ «Тектоника» опубликовали на эту тему не одну статью в материалах всероссийских конференций и совещаний по гидрогеологии. Кроме того, большинство подземных водозаборов, которые на сегодняшний день эксплуатируются на территории России, равно как и других стран, это – береговые водозаборы. Т.е., они расположены на берегах рек и озер.

Нередко наблюдается картина, когда скважины располагаются на пойме реки, а иногда «воткнуты» прямо в русло. Известны абсурдные случаи, когда подземные водозаборы весной затапливает паводковыми водами и вокруг скважин приходится организовывать противоледовые заграждения! Соответственно, вода, которую качают эти скважины – поступает прямиком из реки. Некоторые подземные водозаборы – и это не шутка – качают воду вместе с мелкой рыбой! Тем не менее, подземный водозабор всегда будет обладать целым рядом преимуществ перед поверхностным водозабором. Как ни крути, а поверхностный водозабор – это крупное капитальное сооружение, в том числе, требующее немалых затрат на углубление русла реки, организацию и укрепление береговой зоны. Качество поверхностных вод всегда ниже качества подземных. Поверхностные воды всегда легче загрязнить или даже отравить умышленно. Подземные воды, пускай они поступают из той же самой речки, фильтруются через породный массив и потому подвергаются естественному природному очищению (за исключением случаев, когда они поступают пополам с мелкой рыбой). Горные породы выступают в качестве большого фильтра, очищающего подземные воды от механических и химических примесей.

Низкая температура подземных вод, характерная для территории России (порядка 7-10 0С) приводит к постепенной гибели вредоносных микроорганизмов. Поэтому, в санитарном отношении подземные воды всегда более безопасны (оговорюсь: на территории крупных городов из родников пить все равно нельзя, какие бы чистые они не были с виду и сколько бы православных часовен над ними не стояло). Кроме того, несмотря на существенную стоимость водозаборных скважин – это все равно всего лишь дырка в земле, над которой поставлен отапливаемый бокс 2 на 2 метра. Если посчитать затраты на 25-летний срок эксплуатации, капиталовложения – минимальны! Организовать подземный водозабор можно и вдалеке от реки. В этом случае питание будет происходить исключительно за счет подземных вод. Однако, проведение поисковых работ вдали от очевидных источников восполнения подземных горизонтов требует высокой квалификации специалистов (возле речки и думать не надо, будет ли в скважинах вода или нет – тыкай в русло и никаких проблем!). Поиск подземных вод на площадях, лишенных естественных источников пополнения запасов, подразумевает наличие значительного опыта и всегда является рискованным предприятием. Решиться на этот риск могут только настоящие профессионалы. Вопрос источников формирования запасов подземных вод (т.е. откуда, собственно, подземные воды берутся, да еще в необходимых количествах) является принципиальным вопросом при их подсчете. Но есть и более важные моменты!

Самый основной – это закон фильтрации! При выполнении любого вида практических работ всегда следует помнить, что есть нерушимые теоретические законы, описывающие те или иные явления природы. Такие, как, например, три закона Ньютона, определяющие характер поведения тел под воздействием внешних сил, закон Гука, описывающий деформацию тел под действием напряжений, закон Кулона, описывающий взаимодействие электрических зарядов и др. Практика никогда не должна отходить от теории. Забывая основополагающие законы мы неизбежно начинаем рубить сук, на котором сидим. И закон всемирного тяготения обязательно нам об этом напомнит! В гидрогеологии основополагающим законом является закон фильтрации – закон Дарси. Каждый человек, по долгу профессии имеющий отношение к подземным водам, должен понимать: вода – как электрический ток – движется по линии наименьшего сопротивления! Основной вопрос гидрогеологии – это вопрос фильтрационных свойств, вопрос водопроводимости горных пород! Почему вода фонтанирует из артезианских скважин? Да потому что ей легче подняться на 200 м вверх по трубе и изливаться фонтаном, чем идти на глубине через толщу пород – там выше сопротивление! Почему бывают случаи, когда топит один дом (гараж, овощную яму), а соседние стоят сухими? Если дело не в обрыве трубопровода или не в прямом поступлении дождевой воды с крыши – то это вопрос разности фильтрационных свойств пород в основании сооружения. Подземные воды нашли слабое, наиболее проницаемое место и активно фильтруются снизу! В других местах фильтрационное сопротивление выше, поэтому там – сухо. Для учета разности фильтрационных свойств есть один давно известный и весьма эффективный метод – гидродинамические расчеты. Динамика подземных вод! Если перед Вами стоит гидрогеолог, специалист, который говорит, что он никогда не занимался гидродинамическими расчетами, потому что они не пригодились ему в повседневной работе (а такие есть!) – можете смело поворачиваться к нему спиной и идти дальше! Он Вам не поможет (хотя, деньги, при случае – возьмет)!

Динамика подземных вод – это основная база, позволяющая провести подсчет запасов подземных вод правильно. Гидродинамические расчеты опираются на данные опытных работ, т.е. выполнение опытных откачек из водозаборных скважин с обязательным прослеживанием темпов снижения уровней во времени (т.е. в процессе откачки в скважину опускается уровнемер и изменение уровня фиксируется в течение нескольких часов или суток с определенной частотой). Именно поэтому, при оценке запасов подземных вод этап проведения полевых работ на водозаборе является обязательным. При проведении работ по подсчету запасов подземных вод недропользователь должен быть готов к тому, что часть водозаборных скважин на время опытов придется отключить, а затем постепенно пускать в работу. Режим работы водозабора на некоторое время (достаточно непродолжительное – один–три дня, в крайнем случае – 10 дней) следует подчинить требованиям гидрогеолога–подрядчика. Это обеспечит успешный подсчет запасов с минимальными задержками по линии контролирующих органов.

Мой совет недропользователям – опасаться предложений по математическому моделированию. На сегодняшний день математическое моделирование гидрогеологических условий является модным веяньем и модным продаваемым словом. За математическое моделирование с Вас возьмут хорошие деньги и при этом невелик шанс, что выполнят его так, как надо. Могу сообщить, что мне, как специалисту–гидрогеологу, известно такое количество высококлассных специалистов, способных верно выполнить математическое моделирование, которое едва-едва превышает количество пальцев на одной руке. Вероятность того, что Вы обратитесь именно к такому специалисту – ничтожна! Впрочем, не гидрогеологу в этих вопросах разобраться весьма и весьма сложно, поэтому, чаще всего, приходиться верить на слово. Комментарий: Позволю себе лишь одну реплику на эту тему: гидрогеолог должен уметь выполнять аналитические гидродинамические расчеты. Если он не знает аналитических зависимостей – математическое моделирование ему не по зубам. Построение модели месторождения подземных вод – есть обязательное условие работ по подсчету запасов. Но эта модель не требует обязательного цифрового исполнения. Она может быть знаковой, т.е. представлять собой набор карт, таблиц, рисунков и рассчитанных значений гидрогеологических параметров. Математическая модель – вещь чрезвычайно сложная. Проводить математическое моделирование для небольших водозаборов с применением специализированного программного обеспечения – бессмысленно. Грамотно выполнить гидродинамические расчеты можно и на листке бумаги. Как бы то ни было, все вышеуказанное – лишь вершина айсберга. Впрочем, рядовому недропользователю совсем не обязательно заглядывать на всю его глубину. При желании, можно восполнить пробел в этой области, ознакомившись со специальной литературой, нормативной документацией, научными публикациями или при консультации со специалистом.

Опираясь на изложенный материал, можно сделать несколько основополагающих выводов: 1. Оценка запасов подземных вод – обязательное требование лицензионного соглашения. 2. При отсутствии в штате предприятия квалифицированных гидрогеологов, для оценки запасов подземных вод дешевле заключить договор подряда со специализированной организацией. 3. Продолжительность работ по оценке запасов – 10 месяцев, стоимость – от 300 тыс. руб. (НПГ «Тектоника»). 4. Эксплуатационные скважины должны быть оборудованы водными счетчиками, по ним необходимо проводить режимные наблюдения за величиной водоотбора, положением уровней и химическим составом подземных вод. 5. Соответствие качества подземных вод установленным питьевым стандартам определяется органами санэпиднадзора. Также работники СЭС предъявляют требования по организации зоны санитарной охраны водозабора. 6. Запасы подземных вод, по возможности, должны быть отнесены к балансовым и оценены по максимально высокой категории. Оценка запасов подземных вод по высоким категориям требует выполнения опытных работ на водозаборе и выполнения специальных гидродинамических расчетов.