Взаимосвязь подземных вод

Глава V

О ВЗАИМОСВЯЗИ РЕСУРСОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ВЛИЯНИИ ИХ ОТБОРА

НА РЕСУРСЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

В предыдущих главах была приведена характеристика ресурсов различных типов подземных вод: пресных и солоноватых, используемых для водоснабжения и орошения, минеральных, термальных и промыш-ленных. Однако такое подразделение подземных водна типы, основанное на характере их использования, несомненно, является несколько фор-мальным, «ведомственным», так как независимо от области применения , вое подземные воды являются в какой-то степени взаимосвязанными, представляя собой подземную часть общей гидросферы. Более того одна и та же подземная вода может быть одновременно термальной и мине-ральной, термальной и промышленной, поэтому более правильно не раз-граничивать ресурсы некоторых типов подземных вод, а стремиться к их комплексному использованию. Кроме того, подземные воды являются частью гидросферы и их отбор оказывает определенное влияние на ре-сурсы поверхностных вод, с которыми подземные воды имеют непосред-ственную гидравлическую связь. В связи с этим вопросы взаимосвязи ресурсов различных типов подземных вод, как и оценка влияния их от-бора на ресурсы поверхностных вод, имеют важное научное и практи-ческое значение.

Рассмотрим сначала вопросы взаимосвязи различных типов подзем-ных вод.

Прежде всего следует остановиться на возможном взаимовлишли пресных вод, с одной стороны, и солоноватых и соленых — с другой. Не-обходимость рассмотрения этого вопроса определяется тем, что солоно-ватые и соленые воды могут быть использованы только после их опрес-нения. В принципе при принятой методике оценки эксплуатационных ре-сурсов подземных вод, предполагающей их площадное использование, совместная одновременная эксплуатация пресных, солоноватых ;и соле-ных вод не должна приводить к их смешению, так как эксплуатацион-ные ресурсы каждого типа обеспечиваются их собственными естествен- . ными запасами и ресурсами. Поэтому при оценке общих перспектив ис-пользования пресных, солоноватых и соленых (после опреснения) под-земных ©од приведенные в гл. III эксплуатационные ресурсы можно сум-мировать. Однако необходимо отметить, что в реальных условиях водо-заборы будут вводиться в действие постепенно, причем в первую очередь будут использоваться имеющиеся ресурсы пресных подземных вод. В связи с этим в районах со сложными гидрохимическими условиями, где пресные воды в плане или разрезе контактируют с солоноватыми и солеными, при решении вопросов водоснабжения конкретных объектов следует в каждом случае составлять прогнозы возможного изменения качества подземных вод и на основе такого прогнозирования устанав-ливать оптимальную величину их отбора.

Переходя к характеристике возможного взаимного влияния ресур-сов пресных и минеральных подземных вод, прежде всего следует отметить несоизмеримость масштабов.использования минеральных вод по сравнению с пресными. Наибольшие дебиты (водозаборов с минераль-ными водами составляют несколько тысяч кубических метров в сутки. В связи с этим отбор минеральных вод сколько-нибудь заметного влия-ния на ресурсы пресных подземных вод оказать не может. Эксплуатаци-онные ресурсы минеральных вод в большинстве случаев также не за-висят от отбора .пресных подземных вод. Наоборот, в ряде случаев, когда минеральные напорные воды разгружаются в вышележащие гори-зонты с грунтовыми водами, отбор пресных вод улучшает условия экс-плуатации минеральных, препятствуя подтоку пресных вод при снижении уровня минеральных. В артезианских бассейнах платформенного типа водоносные горизонты с минеральными водами, как правило, расположе-ны на значительных глубинах и отделены от оцениваемых горизонтов пресных вод выдержанными практически водоупорными толщами. Кроме того, следует учитывать, что динамические уровни в скважинах, эксплуатирующих минеральные воды, обычно находятся выше уровней в скважинах, вскрывающих пресные воды вышележащих горизонтов.

Тем не менее в отдельных случаях и минеральные, и пресные воды могут быть найдены на различных участках в пределах одного и того же водоносного комплекса. В этих случаях отбор пресных подземных вод может существенно сказаться на условиях эксплуатации минеральных вод и ресурсах последних, приводя к дополнительной срезке уровня, что в свою очередь может повлечь за собой приток -вод некондиционного состава. В таких случаях, (примером может служить известный курорт Кемери в Латвийской ССР) необходимо проводить оценку эксплуата-ционных ресурсов пресных и минеральных вод с учетом их взаимодей-ствия.

Эксплуатация месторождений промышленных и термальных вод, приуроченных к артезианским бассейнам платформенного типа, а в ряде случаев и к бассейнам межгорных впадин, также не может оказать су-щественного влияния на ресурсы подземных пресных вод. Водоносные горизонты с термальными и промышленными водами залегают на боль-ших глубинах (до 2,5 — 3 км), отделены от вышележащих горизонтов мощной толщей практически непроницаемых пород, а их эксплуатаци-онные ресурсы полностью формируются за счет сработки упругих запа-сов. Даже если предположить возможное перетекание из вышележащих отложений через разделяющие толщи и учитывать, что уровни промыш-ленных подземных вод будут расположены на глубине 600 — 700 м, то и в этом случае возможное перетекание будет составлять доли процента от упругих запасов.

Для ряда месторождений термальных вод, приуроченных к неболь-шим артезианским бассейнам межгорных впадин, одним из -основных источников формирования эксплуатационных ресурсов являются естест-венные ресурсы горизонтов, к которым приурочены термальные воды. Однако и в этом случае можно не рассматривать влияния отбора тер-мальных вод на ресурсы пресных, и наоборот, так как при оценке экс-плуатационных ресурсов пресных подземных вод учитывались (и то не полностью) только .естественные ресурсы оцениваемых водоносных гори-зонтов. Кроме того, сами эксплуатационные ресурсы термальных вод не-соизмеримы с ресурсами пресных. Не следует также опасаться возмож-ного внедрения |более холодных вод со стороны области питания при экс-плуатации водозаборов с термальными водами. Как было показано И. И. Крашиным, на основе расчетов эксплуатационных ресурсов Терско-Сунженской депрессии на УСМ-1 за 60 лет эксплуатации холодная вода из области питания продвинется всего на 5 км, а изменения температуры в этой полосе не превысят 1 — 1,5~ С.

Таким образом, из всего вышеизложенного следует, что при перс-пективных региональных оценках ресурсы пресных подземных вод можно рассматривать без учета взаимовлияния с ресурсами минераль-ных, термальных и промышленных вод, за исключением некоторых слу-чаев возможного взаимодействия водозаборов с пресными и минераль-ными водами.

Как отмечено выше, во многих случаях подземные воды одновре-менно являются минеральными и термальными или промышленными и термальными, в связи с чем следует оценивать не взаимовлияние этих типов подземных вод, а возможности их комплексного использования. Так, в тех условиях, когда подземные воды могут быть отнесены к мине-ральным и когда они обладают повышенной температурой, то их можно одновремецно использовать и в лечебных целях и для горячего водо-. снабжения и теплофикации (отопления зданий или теплично-парниковых хозяйств). Примером такого (комплексного использования является экс-плуатация Махачкалинского месторождения, где термальные воды при-меняются для розлива, отопления зданий и горячего водоснабжения, а также для отопления теплично-парникового хозяйства. Проведенная Б. Ф. Маврицким и Л. Ф. Полуботко (1970) геолото-экономическая оценка этого месторождения показала значительную эффективность та-кого комплекса использования термо-минеральных вод.

Сопоставление результатов оценки эксплуатационных ресурсов тер-мальных и промышленных вод показывает, что в подавляющем большин-стве случаев промышленные воды являются термальными. Так как при оценке эксплуатационных ресурсов термальных вод учитывались только подземные воды с минерализацией до 35 г/л, в большем числе перспек-тивных на.термальные воды районов ресурсы тепла в промышленных во-дах, обладающих большей минерализацией, практически оказались не-учтенными. Исключение составляет Западно-Сибирская платформенная артезианская область, где минерализация промышленных вод не превы-шает 20 — 30. г/л и где были отдельно подсчитаны ресурсы как термаль-ных, так и промышленных вод. Однако в связи с различными принципами подсчета эксплуатационных ресурсов (для промышленных вод оценка была проведена на месторождениях, выделенных по технико-экономи-ческим критериям, а также с учетом снижения динамического уровня на 600 — 700 м, в то время как при оценке термальных вод технико-эко-номические факторы не учитывались, а проектная глубина динамиче-ского уровня не превышала 100 м от поверхности земли) суммировать ресурсы термальных и промышленных вод для определения возможного количества полезного тепла было бы неверным. Однако эксплуатация промышленных вод при их комплексном использовании может значи-тельно увеличить подсчитанные тепловые ресурсы в рассматриваемой области. Как показало проведенное Б. Ф. Маврицким и Л. Ф. Полуботко (1970) технико-экономическое сопоставление различных вариантов экс-плуатации Тобольского йодного месторождения, попутное использование через теплообменники тепла воды (перед извлечением иода) для отоп-ления зданий и тепличного комбината позволяет снизить себестоимость получения иода на 20% и сэкономить более 65 — 70 тыс. т каменного угля в год. Так как в северных районах Западно-Сибирской платформенной области эксплуатационные ресурсы термальных и промышленных вод одних и тех же горизонтов были подсчитаны отдельно, вопросы эксплуа-тации термальных вод здесь должны быть увязаны с планом разработки йодных месторождений.

Рассмотрим вопросы влияния отбора подземных вод на поверхност-ный сток. Прежде всего отметим, что так как эксплуатационные ресурсы промышленных и в подавляющем большинстве случаев термальных вод концентрируются в глубоких напорных горизонтах и обеспечиваются сработкой упругих запасав, то отбор этих типов вод практически не ока-зывает влияния на поверхностный сток. Частично по тем же причинам, а частично в связи с крайне незначительными ресурсами можно также не рассматривать1 влияние отбора минеральных вод. Таким образом, оп-ределенное влияние на ресурсы поверхностных вод может оказать только эксплуатация пресных и солоноватых вод, осуществляемая для водоснабжения и орошения.

Вопросы учета взаимосвязи подземных и поверхностных вод в водо-хозяйственных балансах, в том числе определение влияния отбора под-земных вод на поверхностный сток, подробно рассмотрены в работе Е. Л. Миннина (1973). Эксплуатация Водоносных горизонтов, подземные воды которых связаны с поверхностными, несомненно, вызовет уменьше-ние поверхностного стока, при этом величина уменьшения будет зависеть от продолжительности периода эксплуатации, системы расположения во-дозаборов и расстояния водозаборов от реки.

Можно считать, что при отборе всех подсчитанных эксплуатацион-ных ресурсов уменьшение поверхностного стока произойдет на величину, равную восполняемым ресурсам, так как остальная часть эксплуатаци-онных ресурсов обеспечивается сработкой естественных запасов. Однако при этом не учитывается, что часть восполняемых эксплуатационных ре-сурсов (в ряде аридных районов довольно значительная) формируется за счет уменьшения или полного прекращения испарения с зеркала под-земных вод при его снижении в процессе эксплуатации. В связи с этим изменение поверхностного, стока будет меньше величины восполняемых эксплуатационных ресурсов подземных вод. При этом не учитывается также та часть отобранной воды, которая после использования и очистки снова сбрасывается в реки. Поэтому речной сток может уменьшаться только на величину так называемых безвозвратных потерь, обычно со-ставляющих не более 20 — 30% от общего количества отобранной воды. В некоторых случаях в результате сброса использованных подземных :вод поверхностный сток может даже возрасти, так как часть этих под-ъемных вод поступает за счет осушения пласта, а не только за счет при-влечения поверхностного стока.

Как было показано в гл. III, восполняемые эксплуатационные ре-сурсы подземных вод на территории СССР составляют около 5000 м3/с. Если даже не учитывать, что часть этих ресурсов обеспечивается умень-шением испарения,, то при безвозвратных потерях, равных 30%, общая величина уменьшения речного стока составит всего 1500 м3/с, или около 50 км3/год, (что составляет примерно 1 % от стока рек в СССР (4700 км3/год). В связи с этим при региональных оценках общих водных ресурсов СССР уменьшением общего речного стока за счет отбора под-земных вод можно пренебречь, но в отдельных районах, характеризу-ющихся напряженным водным балансом и малой величиной меженного стока рек, вопрос об уменьшении последнего приобретает весьма важное значение. Особенно это относится к районам, где проводится интенсив-ная эксплуатация подземных вод инфильтрационными водозаборами. В этом случае через довольно непродолжительный период поверхност-!Ный сток сокращается на величину, примерно равную расходу водоза-бора.

В практике водоснабжения отмечались случаи, когда в результате эксплуатации подземных вод полностью прекращался на определенный .период поверхностный сток в реке, гидравлически связанной с эксплуа-тируемым водоносным горизонтом. В таких условиях необходимо учиты-вать не столико уменьшение общего стока, которое может быть очень шалым,-сколько возможное изменение меженного речного стока. Однако в некоторых долинах даже при расположении водозаборов на сравни-тельно небольшом расстоянии от реки уменьшение меженного стока может быть незначительным вследствие наличия регулирующей емкости в водоносном горизонте и затрудненных условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод, вызванных фильтрационным сопротивлением рус-ловых отложений. В таких условиях в меженный период эксплуатацион-ные ресурсы формируются за счет сработки естественных запасов (осу-шение регулирующей емкости) с последующим восполнением сработан-ных запасов паводочными водами реки во время залива поймы. Подоб-ными условиями, как отмечает Е. Л. Минкин (1973), характеризуется, -например, долина р. Северский Донец, где суммарный дебит водозабо-ров значительно превышает меженный расход реки и несмотря на это река в межень имеет сток.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что уменьшение общего речного стока, вызванное отбором подземных вод даже при условии полного использования подсчитанных эксплуатацион-ных ресурсов, не превысит нескольких процентов от полной величины стока и может не учитываться в общих водохозяйственных балансах. Для отдельных районов необходимо учитывать возможное уменьшение меженного стока, особенно для небольших рек, где меженный сток может полностью прекратиться. Эти вопросы должны решаться в каждом конкретном случае на основе соответствующих гидрогеологических расчетов в комплексе с вопросами использования ресурсов поверхностных вод.