Шебеста_вода / Л_13-Истощение_ресурс

Лекция 13 РИОПВ

ИСТОЩЕНИЕ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Slaid 10: Человек во всевозрастающих масштабах расходует подземные воды для водоснабжения и орошения, при осушении шахт и карьеров, водопо-низительными установками их извлекают на поверхность при строительст­ве гидротехнических сооружений, тоннелей, метрополитена. В итоге про­исходит истощение ресурсов подземных вод.

Когда речь идет об истощении ресурсов подземных вод, то подразу­мевают извлечение их из земных недр в количествах, превышающих ес­тественное или искусственное восполнение. Это проявляется в сработке напоров, снижении уровня и последующем осушении резервуара подзем­ных вод.

Сработка напора и снижение уровня подземных вод обычно происхо­дят за счет деятельности водозаборных сооружений. На многих водозабо­рах величина водопонижения предусматривается заранее и допускается до определенных пределов, установленных при оценке эксплуатационных запасов подземных вод, поэтому началом истощения считается уменьше­ние дебита и падение уровня подземных вод ниже этих пределов.

Но причиной истощения ресурсов подземных вод явля­ется не только чрезмерный водоотбор. Оно может происходить также при нарушении условий питания и восполнения резервуара подземных вод, скажем, после вырубки леса или отсутствия весенних паводков на реках, зарегулированных в результате сооружения водохранилищ.

Истощение ресурсов подземных вод приводит к прекращению излива скважин, осушению колодцев, исчезновению родников. Вместе с подзем­ными водами истощаются и другие компоненты подземной гидросферы - почвенная влага, нарушается водно-термический ре­жим. Изменение гидрогеологических условий, в свою очередь, оказывает негативное воздействие на окружающую среду в целом.

В 70-х годах в СССР количество извлекаемой из земных недр воды на водоснабжение и орошение не превышало 10% общих эксплуатационных ресурсов подземных вод. Рост средней величины водоотбора до 20— 25% от общих эксплуатационных ресурсов вызовет или усилит в отдель­ных районах как локальное (вокруг водозаборных сооружений), так и ре­гиональное (на площади распространения депрессионной воронки от мно­гочисленных водозаборов) истощение. Уже сейчас дефицит пресных под земных вод ощущается в зоне неустойчивого увлажнения страны. РИС -Венд

Slaid 11: Обширные воронки депрессии сформировались вокруг крупных го­родов и в горнопромышленных районах, нередко они имеют диаметр 50-100 км и глубину более 50 м. В окрестностях Москвы, где действует свы­ше 6000 водозаборных скважин с суммарным водоотбором почти 30 м3/с, величина снижения уровня подземных вод составляет 70-100 м Воронки осушения образовались во многих странах не только вокруг крупных городов, использующих подземные воды для во­доснабжения, но также у шахт и карьеров.

Самым значительным, кажется, следует считать отбор воды из буро-угольного карьера в районе г. Кёльна (ФРГ): водоприток здесь достигает 160 тыс. м3/ч (45 м3/с), а снижение уровня — 300—500 м. Это составляет 1/3 подземных вод, отбираемых всеми водозаборами ФРГ. В России боль­шое количество воды откачивается в Донбассе, Северо-Уральском бокси­товом районе (СУБР), Курской магнитной аномалии (КМА) и т.д. 300 шахт Донбасса выдают ежечасно на-гора 20 000 м³ воды. В СУБРе водоприток в 10 000 м3/ч локализован к гораздо меньшей пло­щади и вызвал снижение уровня на глубину порядка 350 м.

Истощению подвергаются не только пресные подземные воды. Отри­цательное влияние разного рода инженерных мероприятий сказывается и на ресурсах подземных вод глубоких горизонтов. В районе Кавказа истощается запас минеральных вод Нарзан и Ессентуки. При строитель­стве самого протяженного на БАМе Северо-Муйского тоннеля были дре­нированы зоны тектонических разломов, выводящие термальные воды.

Большой урон подземным водам наносят скважины, оставшиеся пос­ле поисково-разведочных работ и бесцельно расходующие ресурсы под­земных вод. В Восточной Сибири и других районах России десятки скважин фонтанируют рассолами, термальньми или углекислыми водами. Такого рода фонтанирующие скважины — при­мер неправильного ведения геологоразведочных работ.

В природе все взаимосвязано и истощение подземных вод имеет далеко идущие последствия: оно прямо или косвенно влияет на ок­ружающую среду и оказывает неблагоприятное воздействие на поверхност­ные воды. Извлечение воды из земных недр нарушает естественный вод­ный баланс, а при количествах, превышающих величину питания, отри­цательно сказывается на поверхностном стоке. Тем самым снижается вод­ность рек, осушаются сельскохозяйственные угодья, гибнут леса, озера, малые реки. Чрезмерный водоотбор вызывает засоление водоносных гори­зонтов вследствие подтока морских или глубоких соленых вод: в создаю­щиеся воронки депрессии иногда вовлекаются промышленные и комму­нально-бытовые стоки. Кардинально меняются природные ландшафты т.е. геохимическая обстановка. Наконец, снижение уровня подземных вод приводит к уплотнению рыхлых пород, провалам и опусканию террито­рии. Неумеренная эксплуата­ция подземных резервуаров, находящихся под городами Мехико, Венеция и Токио, вызвала оседание поверхности земли.

Таким образом, истощение ресурсов подземных вод — фактор, ко­торый коренным образом преобразует окружающую среду. Уменьшение влажности почв прямо влия­ет на условия произрастания растений. В краевых частях депрессионных воронок скорость перемещения подземных вод резко возрастает, поэтому усиливаются процессы растворения и выноса веществ, в частности карстообразование. Еще больше воздействие на поверхностные воды. В итоге ухудшаются или гибнут природные ландшафты — леса и реки, появляются провалы, исче­зают сельскохозяйственные угодья.

Опасность, угрожающая окружающей среде в связи с истощением ре­сурсов подземных вод, требует учета допустимого в каждом случае ущер­ба. Его должны определить специалисты с экологи­ческих и социально-экономических позиций.

Высказывание Ф. Энгельса: “Не будем, однако, слишком обольщаться нашими по­бедами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непред­виденные последствия, которые очень часто уничтожают значение пер­вых”. Эти слова будто специально сказаны об истощении ресурсов подзем­ных вод как факторе воздействия на окружающую среду.

ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОТ ИСТОЩЕНИЯ

Основными направлениями в охране подземных вод от истощения являются, во-первых, рациональное использование ресурсов подземных вод и, во-вторых, покрытие дефицита пресных подземных вод другими во­доисточниками.

В России борьба с истощением подземных вод ведется в составе мероприятий по охране природных ресурсов. На учет взяты все прогнозные ресурсы и эксплуатационные запасы подзем­ных вод. За их расходованием ведутся систематические наблюдения. Если подземным водам грозит истощение, принимаются меры к ограничению водоотбора. С этой целью лимитируется использование подземных вод для технических нужд. В последние годы эффективно осуществляется ликвидация изливающих воду скважин. Немаловажное значе­ние приобретают, кроме того, мероприятия, способствующие увеличению запасов пресных подземных вод.

Проблема рационального использования ресурсов подземных вод при более или менее крупном водоотборе решается прежде всего путем опре­деления экономической целесообразности эксплуатации подземных вод в сравнении с использованием других, возможных в данном районе, источников водоснабжения. При этом, конечно, кроме экономических сооб­ражений, должны быть учтены задачи охраны подземных вод от истоще­ния.

1). Рациональному использованию ресурсов подземных вод в региональ­ном масштабе должна способствовать разработка бассейновых и район­ных водохозяйственных балансов. Как и для поверхностных вод. рациональное использование подземных вод предполагает нормирование и сокращение водопотреблення в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве, а также уменьшение потерь воды при ее использовании. Боль­шую роль в экономии воды должно сыграть повторное использование отработанных и очищенных сточных вод в промышленности, теплоэнерге­тике, сельском хозяйстве.

2). Вторым направлением в охране подземных вод от истощения являются мероприятия, содействующие увеличению их запасов. Первым шагом в этом отношении могут быть меры по сохранению естественного уровня питания подземных вод, нарушенного каким-либо из техногенных воз­действий.

3). Не­благоприятное влияние в районах с интенсивным развитием городов и промышленности связывается, в частности, с увеличением площади, за­нятой непроницаемыми бетонными и асфальтовыми покрытиями; это рез­ко снижает инфильтрацию и увеличивает ливневый поверхностный сток, эрозию почв, обмеление рек.

Большое распространение получает в последнее время способ уве­личения запасов подземных вод путем их искусственного восполнения за счет перевода части поверхностного стока в подземный, для чего приме­няются специальные сооружения — инфильтрационные бассейны, погло­щающие скважины и т. п.

Благоприятное влияние на увеличение запасов пресных подземных вод оказывают также некоторые водохозяйственные мероприятия, устра­иваемые в других целях. Так, при создании водохранилищ для регулиро­вания речного стока, на прибрежных территориях увеличивается мощ­ность горизонтов грунтовых вод и обводняются ранее сухие толщи.

Одна из возможностей покрытия дефицита и уменьшения расходова­ния пресных подземных вод для различных народнохозяйственных це­лей — использование подземных вод повышенной минерализации: соло­новатых (1—10 г/л) и соленых (10—35 г/л). Слабосолоноватые подземные воды могут быть использованы в сельском хозяйстве для водопоя овец и крупного рогатого скота, для обводнения пастбищ, орошения некоторых культур.

Перспективным направлением в охране подземных вод от истощения является управление совместным водоотбором подземных п поверхност­ных вод с учетом их взаимосвязи и взаимовлияния. Такой подход особен­но важен в аридных и полуаридных зонах на территориях с развитым оро­шаемым земледелием.

Может найти место и такое мероприятие, как магазинирование неис­пользуемых в неполивной период поверхностных вод в водоносном пласте и их откачка для орошения в вегетационный период.

Искусственное пополнение запасов подземных вод (ИППВ) занимает важное место в комплексе мероприятий по воспроизводству наиболее де­фицитных водных ресурсов. Таким способом формируются искусственные запасы подземных вод (рис. 9.4).

При искусственной инфильтрации ускоряется воспроизводство подзем­ных вод. Говоря другими словами, вода быстрее и легче попадает в пред­назначенный ей подземный резервуар. В практике решения этой пробле­мы могут встретиться две задачи [Плотников, 19761: 1) воспроизводство эксплуатационных запасов пресных подземных вод непосредственно на действующих водозаборных сооружениях с целью увеличения водоотбора, улучшения их качества или условий эксплуатации и 2) накопление поверхностного стока в природных емкостях, т. е. созда­ние искусственных запасов подземных вод по аналогии с искусственными хранилищами нефти и газа.

Воспроизводство ресурсов подземных вод применяется давно. Еще древние цивилизации Северной Африки, Ближнего Востока и Средней Азии отводили атмосферные осадки и поверхностные воды в недра. Ана­логичные сооружения и сейчас функционируют на такырах в Туркмении. В начале XIX в. на берегу р. Клайд (Шотландия) был сооружен первый водозабор с искусственным питанием.

Искусственное пополнение запасов подземных вод имеет ряд преиму­ществ. Помимо основного назначения этот метод приводит к очищению на­земных вод в процессе инфильтрации, способствует защите пресных под­земных вод от проникновения морских вод или промышленных стоков, интенсифицирует работу действующих водозаборов без коренного их пе­реустройства, поддерживает постоянную температуру вод, используемых для технологических целей и т. д.

Применяемое на локальных участках ИППВ позволяет:

1) увеличить производительность действующих водозаборов подзем­ных вод или запасы водоносного горизонта на участке, намечаемом к эксплуатации;

2) взамен дорогостоящей специальной очистки поверхностных вод, используемых для водоснабжения, улучшать их качество путем фильтра­ции в породах зоны аэрации и водоносного пласта;

3) корректировать состав подземных вод, используемых для водо­снабжения, за счет их смешения в пласте с поверхностными водами, име­ющими лучшие показатели по отдельным компонентам (например, по жест­кости, содержанию железа, фтора и др.);

4) получать для водоснабжения предприятий воду с относительно низкой, стабильной в течение года температурой;

5) создавать компактные высокопроизводительные водозаборы под­земных вод, что обусловливает экономию площади отчуждаемых земель и уменьшение затрат на коммуникации.

6