Ресурсы подземных вод

Естественные ресурсы

Общая величина естественных ресурсов подземных вод территории СССР составляет свыше 30 тыс. м3/с (около 24% от общего речного стока). Закономерности их формирования и распределения (по И. С. Зекцеру) определяются совокупностью природных факторов; ос-новные из них следующие:

а) геоструктурная принадлежность;

б) геологическое строение и гидрогеологические условия (наличие этажнорасположенных водоносных горизонтов, разделенных слабопро-ницаемыми отложениями: состав и мощность пород в зоне аэрации; кол-лекторские и емкостные свойства водовмещающих пород и др.);

в) климатические условия, определяющие величину атмосферных осадков и испарения;

г) рельеф.

Отметим, что совместное влияние приведенных выше факторов обус-ловило значительную неравномерность распределения естественных ре-сурсов на территории СССР. Так, более 50% подземного стока формиру-ется на площади гидрогеологических складчатых областей, занимающих значительно меньшую площадь, чем платформенные области.

Как отмечено в гл. I, возможность привлечения естественных ресур-сов подземных вод и их участие в формировании-эксплуатационных ре-сурсов зависят не только от величины подземного стока рассматрива-емой территории, но и от ряда геологических и технических факторов. Наиболее важными из них являются: водопроводимость водовмещающих пород, допустимое понижение уровня воды и система расположения во-дозаборов относительно площадей питания и разгрузки подземных вод. Чем больше водопроводимость и допустимое понижение уровня, чем ближе расположены водозаборы к контурам разгрузки подземного стока, тем большая часть естественных ресурсов может быть привлечена к во-дозаборным сооружениям. В связи с этим, как видно из табл. 23, воспол-няемая часть эксплуатационных ресурсов в большинстве случаев значи-тельно меньше их общих естественных ресурсов.

Наилучшими условиями для наиболее полного использования под-земного стока характеризуются месторождения подземных вод артези-анских бассейнов межгорных впадин и конусов (выноса. В связи с их ма-лыми размерами и высокой водопроводимостью пород для них свойст-венно вовлечение в зону депрессии водозаборов областей разгрузки под-земных вод, что предопределяет наиболее полное использование естест-венных ресурсов. Такие месторождения развиты, например, в Чуйском и Ферганском артезианских бассейнах, на Кусарской предгорной равнине, в Араратском артезианском бассейне и др. Модули естественных ресур-сов, учтенных при оценке эксплуатационных ресурсов, для этих место-рождений превышают 5 — 10 л/с на 1 км2, в отдельных случаях до-стигая 20 — 30 л/с на 1 км2 и более (в Араратском бассейне — 40 л/с на 1км2).

Существенную роль в формировании эксплуатационных ресурсов играет подземный сток на площади небольших ограниченных структур и массивов, главным образом в Центральном Казахстане и на Урале, а также в ряде других районов страны (Предкарпатье), где естествен-ные запасы-крайне незначительны. Для таких месторождений (напри-мер, Жанайская, Уйтасская и другие структуры в Центральном Казах-стане) характерно полное использование естественных подземных вод, разгрузка которых в естественных условиях проходила на периферии Структур путем испарения или родникового стока.

Наименее благоприятными условиями привлечения естественных ре-сурсов характеризуются собственно горные районы, где эксплуатацион-ные ресурсы, как правило, невелики, несмотря на значительную величи-ну подземного стока. Условия питания подземных вод в горных районах за счет инфильтрации атмосферных осадков очень благоприятны, однако эксплуатация здесь возможна главным образом путем каптажа отдель-ных наиболее крупных источников, выходящих из водообильных пород в пределах локальных участков (трещиноватые и закарстованные верхнеюрские известняки Большого Кавказа, области молодых лавовых по-кровов на Малом Кавказе и др.).

Значительными естественными ресурсами обладают и некоторые другие районы, в которых крайне ограничены возможности устройства сосредоточенных водозаборов. К таким районам может быть отнесен, на-пример, Балтийский бассейн трещинных вод, где естественные ресурсы составляют около 500 л/с. Однако для этого бассейна характерна в це-лом очень невысокая водопроводимость водовмещающих трещиноватых пород (10 — 20 м2/сут) и небольшая эффективная мощность трещинова-той зоны, что в совокупности не позволяет организовать сосредоточен-ные водозаборы. Последние могут быть сооружены только на отдельных участках, приуроченных к долинам рек и зонам тектонических наруше-ний. В связи с этим эксплуатационные ресурсы Балтийского бассейна трещинных вод составляют всего несколько процентов от естественных.

Неблагоприятны условия для привлечения естественных ресурсов и для глубоких напорных водоносных горизонтов в артезианских бассей-нах платформенного типа. Исключение составляют краевые зоны арте-зианских бассейнов, где в формировании эксплуатационных ресурсов подземных вод существенную роль могут играть естественные ресурсы эксплуатируемых главным образом вышележащих не основных водо-носных горизонтов.

Естественные запасы

Общая оценка естественных (гравитационных и упругих) запасов подземных вод территории СССР до настоящего времени не прово-дилась. Однако можно с уверенностью утверждать, что общий объем гра-витационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород, измеряется десятками миллионов кубических километров. Вели-чина естественных запасов подземных вод определяется главным обра-зом геолого-гидрогеологическими факторами — литологическим составом водовмещающих пород и типом пустотности, мощностью и площадью распространения водоносного горизонта. В связи с тем что различные .во-доносные горизонты имеют разную площадь распространения, сопостав-ление естественных запасов целесообразно проводить по величине моду? ля естественных запасов; под «им следует понимать количество воды (в млн. м3), которое можно получить с 1 км2 площади распространения водоносного горизонта при ее осушении. Как следует из этого определе-ния, модуль естественных запасов зависит от водоотдачи водовмеща-ющих пород и их мощности. Наибольшими значениями модуля естест-венных (гравитационных) запасов обычно характеризуются мощные толщи правийно-галечниковых отложений межгорных впадин и предгор-ных долин. Здесь мощности водоносных горизонтов достигают не-скольких сотен метров, коэффициенты водоотдачи составляют 20 — 30%. Величина -модуля естественных (гравитационных) запасов подземных вод в таких условиях достигает десятков миллионов кубических метров на 1 км2 (например, -при мощности 100 м и коэффициенте водоотдачи 0,2 модуль составит 20 млн. м3/км2). Такие высокие значения модулей гравитационных запасов характерны, например, для четвертичных водо-носных горизонтов Чуйской впадины (мощность гравийно-галечнлковых отложений 50 — 300 м), Таласской впадины (мощность около 100 м) и других среднеазиатских, южноказахстанских и закавказских впадин.

Высокими значениями модулей характеризуются и водоносные гори-зонты артезианских бассейнов платформенного типа, где водовмеща-ющие породы представлены песчаными разностями с коэффициентом водоотдачи 0,1 — 0,2. Так, модуль естественных (гравитационных) запасов бучакского водоносного горизонта, широко распространенного на территории Днепровско-Донецкого артезианского бассейна, составляет порядка 5 млн. м3/км2.

Менее высокими модулями характеризуются водоносные горизонты речных долин, где мощность водовмещающих песчано-гравийных отло-жений, как правило, не превышает 10 — 20 м. Так, модули гравитацион-ных запасов аллювиальных отложений долин Нуры, Шерубайнуры, Ток-рау, Эгалши в Центральном Казахстане составляют 1 — 2 млн. м3/км2.

Такого же порядка модули естественных (гравитационных) запасов характерны для водоносных горизонтов, приуроченных к трещиноватым и закарстованным карбонатным отложениям (водоносные горизонты каменноугольных и девонских пород Московского артезианского бас-сейна, ограниченные структуры Центрального Казахстана). Здесь умень-шение водоотдачи до 1 — 4% компенсируется значительной мощностью водовмещающих пород, достигающей 150 — 200 м.

Наименьшие значения модулей гравитационных запасов подземных вод отмечены для водоносных горизонтов, приуроченных к изверженным и метаморфическим породам, где мощность зоны- активной трещинова-тоети не превышает нескольких десятков метров и водоотдача изменя-ется от десятых долей до 1 — 2%. В этих условиях модули не превышают 0,5 — 1,0 млн. м3/км2.

Упругие запасы подземных вод характеризуются коэффициентами упругой водоотдачи, значения которых на 1 — 2 порядка меньше значений коэффициента гравитационной водоотдачи. В связи с этим величина уп-ругих запасав обычно составляет несколько процентов от общих естест-венных запасов. Следует отметить, что в отличие от гравитационных, уп-ругие запасы зависят и от величины понижения да:влевия подземных вод. Если принять коэффициент упругой водоотдачи равным 0,001, а пониже-ние напора — 100 м, то модуль упругих запасов составит всего 0,1 млн. м3/км2.

Возможность участия естественных запасов в формировании эк-сплуатационных ресурсов подземных вод определяется не только их об-щей величиной, но и условиями залегания водоносных горизонтов. Это связано с тем, что при большой глубине залегания кровли водоносного горизонта гравитационные запасы не могут быть использованы, так как при эксплуатации не будет происходить осушения пласта. Современное насосное оборудование поз1воляет получать подземную воду с глубины 200 — 300 м, однако при региональной оценке эксплуатационных ресурсов в большей части районов учитывалась сработка естественных запасов только до глубины 100 м. Поэтому для водоносных горизонтов, кровля которых залегает на глубине более 100 м, была оценена только возмож-ная сработка упругих запасов. Как и следовало ожидать, наибольшие значения модулей эксплуатационных ресурсов, формирующихся за счет сработки естественных запасов подземных вод, были получены для меж-горных впадин и предгорных равнин. Так, модуль сработки естественных запасов четвертичных отложений Иссык-Кульской ©падины составляет около 5 л/с на 1 км2, Ферганской впадины — около 3 л/с на 1 км2. Такие высокие значения модулей объясняются как большой величиной самих естественных запасов, так и неглубоким залеганием основных водонос-ных горизонтов. В то же время модуль сработки упругих запасов (Московский, Прибалтийский, Днепровско-Донецкий, Азово-Кубанский бассейны) не превышает нескольких сотых л/с на 1 км2. Несмотря на столь небольшую величину модуля сработки упругих запасов, эксплуата-ционные ресурсы подземных вод глубокозалегающих напорных горизон-тов в артезианских бассейнах платформенного типа формируются глав-ным образом за счет упругих запасов и в связи с огромной площадью распространения водоносных горизонтов обладают значительной величи-ной.

Естественные, запасы .подземных вод ряда речных долин при периоди-ческом стоке рек, несмотря на их небольшую величину, играют важную роль в формировании эксплуатационных ресурсов. Это связано с тем, что расход естественных запасов происходит только в период отсутствия стока. Во время паводков в этих условиях формируются новые естест-венные запасы подземных вод, которые используются в течение следу-ющего маловодного периода.