оптимизация систем мониторинга подземных вод.

8. Научно-исследовательская работа

Научное познание изучаемого объекта ведется на всех этапах гидрогеологических исследований. Оно может происходить в про­стых формах (анализ, синтез) или представлять собой сложные со­четания разных видов научной работы по изучению крупной про­блемы. В такой многообразной и сложной области знаний, как гид­рогеология, теоретические разработки становятся плодом деятель­ности ученых разных направлений и специальностей. Масштабность объектов и диапазон изучаемой проблематики меняются весьма су­щественно: от глобальных (например, происхождение гидросферы) до частных, связанных с решением конкретных инженерных задач (например, проектирование скважины для водоснабжения). При дви­жении по такой лестнице познания от большего к меньшему, меня­ется содержание научных исследований. Поясним примерами, пред­ставив себе такую последовательность научных проблем:

1. Происхождение воды на Земле. Распределение вод в под­земных оболочках Земли. Водный баланс между Землей и космиче­ским пространством.

2. Закономерности распространения гидрогеологических структур на Земле. Особенности областей криогенеза, современного вулканизма, рифтогенеза, горных сооружений и дна Мирового океана.

3. Палеогидрогеология осадочных бассейнов, гидрогеологи­ческих массивов и вулканогенных бассейнов.

4. Гидрогеологические законы и закономерности.

Флуктуация климата и ее влияние на современную гидро­геологическую обстановку.

Региональная оценка баланса, режима, ресурсов под­земных вод.

Методика поисков и разведки месторождений подземных вод различного назначения (пресных, минеральных, термальных, промышленно ценных).

Совершенствование техники и технологии опробования водоносных горизонтов и улучшение качества подземных вод.

Совершенствование лабораторных методов исследования воды, газов и пород.

Ответим на вопрос, как развиваются исследования в этой цепочке и кто будет их выполнять, сохраняя указанную последова­тельность.

1. Работы по этому кругу проблем выполняют специалисты академических институтов и вузов. Поскольку изучаемая проблема комплексная, то для ее исполнения привлекаются ученые разных направлений: астрономы, тектонисты, физики, химики, метеорологи. Их разработки базируются на изучении глубинных процессов, пла­нетарных явлений и взаимодействия оболочек Земли. Эти исследо­вания весьма сложны, требуют глубоких и разносторонних знаний. Ими обычно занимается узкий круг энтузиастов, работа которых финансируется по остаточному принципу, часто практический вы­ход этих исследований не сразу виден, но, в конечном счете, они вносят большой вклад в прогресс науки, развивают представления о закономерностях распространения полезных ископаемых, решают глобальные проблемы экологии.

2. Разработки по гидрогеологической стратификации требу­ют глубокого осмысления материалов по геологическому строению нашей планеты. Каждая гидрогеологическая структура живет своей жизнью и это особенно хорошо видно при анализе специфики усло­вий формирования подземных вод на дне океана, проявлений вулка­низма, роли криогенных процессов территорий горно-складчатых

областей. Проникая вглубь этих проблем, ученые сталкиваются с новыми факторами, процессами и явлениями. Так, сравнительно не­давно на дне океана были обнаружены срединно-океанические хреб­ты и проявления гидротерм. В Антарктиде на границе каменного ложа ледяного панциря обнаружены подледные озера. В артезиан­ских бассейнах на глубине 2-4 км выявлены гидрохимические ин­версии, сопровождающиеся опреснением гидрохимического разреза, а на древних щитах установлено присутствие крепких рассолов.

3. Здесь важнейшей является проблема изучения эволюции подземной гидросферы. Каждый из основных типов гидрогеологи­ческих структур (артезианские бассейны, гидрогеологические мас­сивы, вулканогенные бассейны) претерпел свой путь развития (см. гл.8), что определило возможность образования в них разных типов месторождений, рудных, нефтяных, газовых, соляных, угольных и др. Самое же главное, что в современной гидрогеологической обста­новке можно найти черты влияния прежних эпох развития подзем­ной гидросферы.

Изучение гидрогеологических законов и закономерностей в познании подземной гидросферы - вершина научного творчества, ключевой вопрос гидрогеологической науки (см. гл.З). Разработка этих проблем развивается весьма динамично и позволяет гидрогео­логу целенаправленно решать вопросы поисков, разведки и карто­графирования подземных вод.

Появление человека и его техногенная деятельность при­вела к заметному изменению климата планеты. Все явственней ста­новится влияние «парникового эффекта», увеличивается содержание углекислого газа в атмосфере, растет среднегодовая температура воздуха. В одних регионах наблюдается увеличение количества вы­падающих осадков, в других - его уменьшение. Участились катаст­рофические природные явления: ураганы, смерчи, цунами, наводне­ния и др. Все это сказывается на изменении гидрогеологической об­становки, особенно в верхних слоях подземной гидросферы, изменя­ется модуль подземного стока, режим и баланс подземных вод. Это становится актуальной проблемой современности.

В качестве базы исследований используется мониторинг подземных вод, данные гидрогеологической разведки и эксплуата­

ции водоносных горизонтов (см. гл.7). Естественные ресурсы под­земных вод - это наиболее доступная для практического использо­вания часть гидрогеологической среды. Особое значение в них име­ют пресные воды, которые широко используются для целей питье­вого назначения и являются в какой-то мере показателем «здоровья» подземной гидросферы. Обобщением материала по изучению регио­нальных закономерностей распределения ресурсов, баланса и режи­ма подземных вод занимаются центры федерального и регионально­го уровня. Это коллективная работа десятков специалистов разного профиля. Они обобщают материалы по оценке ресурсов, режима и баланса подземных вод по административным округам и гидрогео­логическим структурам для всей страны в целом, отдельных конти­нентов и даже всего земного шара.

7. Среди круга научных проблем неоспорима важная роль методики гидрогеологических исследований, их комплексирования при изучении месторождений подземных вод. Нередко на этой ста­дии исследований возникают дискуссии, что такое разведка подзем­ных вод? наука или искусство? Можно привести убедительные ар­гументы как в пользу одного, так и другого довода. Месторождение можно разведать, получить оптимальный результат, а можно и загу­бить неразумными действиями. При разведке месторождений долж­ны учитываться гидрогеологические, экологические и экономиче­ские аспекты. Пренебрежение какими-либо из них может иметь па­губные последствия. Каждое месторождение подземных вод имеет свой «нрав» и особенности. Методика гидрогеологической разведки любого из них требует специальных разработок. В одних случаях месторождение подземных вод контролируется, главным образом, структурно-тектоническими условиями, в других - литологией вме­щающих пород, в третьих - геоморфологией и т.д. Гидрогеологиче­ская обстановка месторождений может быть так сложна и запутана, что стратегия разведки и эксплуатации его требует особого подхода. Это говорит только о том, что методические приемы разведки и экс­плуатации месторождения должны постоянно совершенствоваться. В этой работе участвуют сотни гидрогеологов разных организаций, приобретая коллективный опыт, который позволяет избежать гру­бых просчетов и ошибок.

8. Совершенствование техники и технологии опробования водоносных горизонтов как будто бы находится в сфере производст­венной деятельности специалистов по бурению скважин. Однако гидрогеолог должен принимать участие в выборе типа фильтров, их положения, насосного оборудования, приборов по наблюдению за уровнем, дебитом, температурой, отбором проб и т.д. Конструктор­ские бюро и фирмы, которые занимаются изготовлением оборудова­ния и приборов для гидрогеологических скважин, получают техни­ческое задание от гидрогеологов, так что гидрогеологи не отстране­ны от технических проблем, связанных с вскрытием и опробованием водоносных горизонтов. При разведке подземных вод часто привле­каются новые методы исследований, геохимические, геофизические, гидрологические, геоморфологические. Круг специалистов, ведущих такого рода исследований обширен, и их интересы в совершенство­вании приборно-лабораторных приспособлений должны учитывать­ся. Гидрогеологам следует поддерживать тесные деловые отноше­ния со специалистами разных направлений, особенно с конструкто­рами и изобретателями. Техническое оснащение гидрогеологиче­ских работ в значительной степени определяет эффективность и результативность их проведения. Особое внимание в последние го­ды стали уделять водоподготовке, с помощью которой улучшают качество воды и избавляются от избыточного содержания некото­рых компонентов (например, железа, марганца, нефтепродуктов и др.). Необходимые для этого процедуры проводятся, как непосред­ственно в самом пласте, так и на земной поверхности с использова­нием химических реактивов, воздушной продувки и других прие­мов. Работы, связанные с водоподготовкой, - новая область дея­тельности гидрогеологов, где им принадлежит ведущая роль в раз­работке теоретических и методических вопросов.

9. Хотя лабораторные исследования поставлены последними в ряду научных проблем гидрогеологии, их значение велико, по­скольку именно они определяют фактологическую основу науки. От чувствительности и точности лабораторных анализов в значитель­ной степени зависит достоверность научных выводов. За последние 15-20 лет благодаря появлению новых приборов и внедрению эф­фективных методов аналитические возможности определения веще­

ства по многим показателям улучшились на порядок. Это означает, что появились данные о присутствии в водах, газах и породах ком­понентов, которых раньше обнаружить не могли. Чувствительность анализа для многих элементов стала позволять определять их фоно­вую концентрацию и ПДК. Изотопный, микробиологический, мине­ралогический и другие виды изучения вещества поставили перед гидрогеологами новые интересные и разнообразные задачи по изу­чению химии процесса, миграции вещества, формированию гидро­геохимических фаций минеральных вод, поисков полезных иско­паемых и многие другие. Мы уже говорили об уникальных свойст­вах и структуре воды (см. раздел 2.1). В настоящее время много го­ворится о четвертом, информационном состоянии воды, ее памяти и влиянии структурированной воды на здоровье и поведение человека. Эта область знаний представляет собой океан тайн, которые пред­стоит разгадать науке. Активное участие в этой работе должны при­нять и гидрогеологи, изучающие подземную гидросферу. Успехи гидрогеологов в этих областях полностью зависят от достижения и прогресса в аналитической химии. Это еще раз указывает на суще­ствование глубокой взаимозависимости и взаимосвязи гидрогеоло­гии с другими отраслями науки.

Из сказанного видно, что круг научных исследований гидро­геологии весьма разнообразен. Очень часто грани между научно- исследовательской и производственной работой стираются, что под­тверждает общую истину: интеллектуальная работа должна реализо­вываться в практических делах, а состояние размышления должно сопровождать гидрогеолога на всех стадиях его деятельности.

Задание для самопроверки

1. Какова последовательность проведения гидрогеологических исследований на участке, где подземные воды ранее не изучались?

В каком масштабе проводится государственная гидрогео­логическая съемка?

Какие вопросы решаются на стадии подготовки к поле­вым работам?

4. В чем заключается смысл и различие проведения мар­шрутных работ методами «прослеживания», «пересечения» и «ис- хаживания»?

5. Какие гидрогеологические вопросы можно решить с по­мощью геоморфологических исследований?

На какие группы делятся растения в зависимости от их водного и солевого питания?

Чем различаются методики проведения пробных и опыт­ных откачек?

С какой целью проводятся наливы в шурф?

Что следует зафиксировать в пикетажке, если встречен ис­точник, колодец или скважина?

В чем состоят смысл и методика составления гидрогеоло­гических карт?

В чем заключаются особенности работы берегового водо­забора?

Какие гидрогеологические параметры можно получить в результате одиночной и кустовой откачек?

Какие вопросы можно решить с помощью геофизических методов исследований?

Какие естественные поля могут изучать геофизические методы?

Что такое мониторинг? Чем он отличается от обычных режимных наблюдений?

Какие неустойчивые компоненты следует определять не­посредственно у водопункта?

Как отобрать пробу свободного и растворенного газа?

Что такое СанПиН и для какой цели он используется?

Какие виды моделирования в гидрогеологических про­цессах вы знаете?

Какая проблематика научных исследований вас интере­сует и почему?