Подземные воды: основные характеристики, типы, требования, особенности эксплуатации через скважину

Автор: Мирко Иван Анатольевич

Подземными водами называют воды, расположенные в верхних пластах земной коры, заполняя собой пустоты, трещины, полости и т.д. Как правило, они находятся глубже слоев земной поверхности и дна открытых (поверхностных) водоемов. В зависимости от расположения их классифицируют на почвенные, артезианские и зоны аэрации.

В зависимости от характера использования подземные воды классифицируют на:

• технические и питьевые (используются для потребления или удовлетворения бытовых и хозяйственных нужд, например орошения плантаций или фермерских полей);
• минеральные (лечебные) воды, применяемые с бальнеологическими целями, в качестве столовых напитков;
• теплоэнергетические, в составе которых есть пароводяные смеси, эффективные для теплоснабжения общественных, промышленных и сельскохозяйственных объектов, могут использоваться как источник выработки электроэнергии;
• промышленные, из состава которых можно удалить ценные компоненты (полезные ископаемые).

Каждый из перечисленных типов отличается своим химическим составом, способом добывания и направлением дальнейшей эксплуатации.

Как образуются подземные воды?

Первая добыча подземной воды человечеством зафиксирована несколько тысяч лет назад, глубинными колодцами с питьевой водой пользовались еще при майе, а первые освоения водоносных горизонтов зафиксированы еще в Древнем Египте. Однако в те времена людям было не понятно, почему в одних регионах есть вода, а в других нет, или почему она внезапно исчезает. Сейчас более подробно об этом могут рассказать мастера, производя комплекс работ по расчету глубины расположения нужных водоносных горизонтов и их объема. Для этого они используют специальные карты местности, учитывают опыт бурения на соседних территориях, а также производят тщательные гидрогеологические исследования. Последние касаются изучения состава почв, определения наличия месторождений, оценки их запасов, качества, химического состава и особенностей движения.

Важно понимать, что подземные источники, которым достаточно часто приходится создавать глубокие скважины для воды, являются частью общего цикла движения воды в природе. Действительно, они происходят из осадков дождя, снега или града, которые постепенно впитываются и фильтруются глубже в почву из-за силы тяжести. Этот процесс продолжается до тех пор, пока частицы жидкости не достигнут слоев, где земля насыщена или заполнена водой. Запасы также формируются из водоемов (озер, рек и морей). На сегодняшний день основным источником формирования водоносных горизонтов считается инфильтрация.

Особенности и характеристика микрофлоры в подземных водах

Среди микроорганизмов, в частности вредных для здоровья человека, наиболее сосредоточены разнообразные бактерии (одноклеточные микробы), а также простейшие вирусы. Главная особенность этих микроорганизмов заключается в постоянной повышенной активности и достаточно легкой адаптации относительно разных степеней минерализации самой жидкости, а также ее температуры и давления.

Чтобы определить степень загрязнения, специалисты используют специальным колититром (определение объема воды, в котором содержится одна кишечная палочка) и классифицируют полученную жидкость как здоровую (100 мл в расчете на одну кишечную палочку), достаточно здоровую (10 мл), сомнительную ( 1 мл), нездоровую (0,1 мл) и совсем нездоровую (0,01 мл).

Проблемы загрязнения водоносных горизонтов

Наиболее масштабной причиной загрязнения подземных источников воды считается именно техногенное влияние на гидросферу, что особенно четко прослеживается при добыче и использовании различных полезных ископаемых, добыче нефти и газа, работе различных промышленных шахт, функционировании карьеров и т.п. Однако есть не менее важный и критический фактор в ряду уже перечисленных – результат жизнедеятельности современного человека, особенно на этапе ликвидации бытовых отходов.

Немало проблем создают люди во время неправильно организованного орошения и гидромелиорации сельскохозяйственных территорий, что приводит к загрязнению (в частности, засолению) грунтовых вод.

Физические свойства, характерные для подземных вод

Воды из подземных источников правильнее называть растворами, содержащими определенные концентрации солей, ионов, газов и коллоидов. Среди физических свойств, на которые мастера бурильных компаний обращают внимание в первую очередь, следует отделить цвет жидкости, запах, температуру, степень прозрачности, плотность, вязкость и радиоактивность.

Чистые качественные подземные воды не имеют окраски и запаха. Привкус жидкости связан с наличием в ней химических компонентов, например соленый привкус может свидетельствовать о концентрации хлористого натрия, а горький обусловлен наличием сульфата магния, ржавый – это о наличии солей железа.

Важно! По состоянию на 2010 год, на территории Украины было обнаружено около 450 месторождений питьевой и технической воды, 209 минеральных месторождений, а также по одному месторождению теплоэнергетических и промышленных подземных вод.

По цвету жидкости можно определить ее химический состав, а также остатки или механические примеси. Желтая окраска может быть обусловлена ​​болотным происхождением источника, в составе которого есть гуминовые компоненты (состоят из торфа, угля, сапропелей и т.п.). Мутность воды свидетельствует о повышенной концентрации в ней серы или сероводородных соединений, как правило жидкость имеет несколько зеленоватый оттенок. В общем, цвет жидкости определяют по специальной платино-кобальтовой шкале и измеряют в градусах.

Для чистой качественной воды любые запахи нехарактерны, поэтому их наличие чаще всего свидетельствует о наличии в жидкости сероводорода или гниющих соединений органического происхождения. При проверке воды лабораторными методами в разделе «запахи» указывают о его происхождении, например, сероводородный, плесень или болотный, или отмечают «без запаха».

Если полученная из буровой скважины вода отличается сладковатым вкусом, это может свидетельствовать о наличии в ней высокой концентрации веществ именно органического происхождения, а приятный освежающий вкус обеспечивается присутствием свободной углекислоты в составе. Во всяком случае, во время лабораторных анализов состава воды ее вкус оценивается в баллах по специальной табличной шкале.

Относительно степени прозрачности жидкости этот показатель обусловлен уровнем концентрации минеральных соединений, коллоидов, примесей органического происхождения и механических остатков. По степени прозрачности подземные воды классифицируют на прозрачную, слабопалессирующую, опалесцирующую, слегка мутную и сильно мутную. Степень мутности определяют в миллиграммах сухого вещества в расчете на литр жидкости.

Плотность воды определяется соотношением ее массы к заполненному объему при определенных температурных условиях. Единицей измерения плотности воды используют показатель дистиллированной жидкости при температуре 4°C. Сам показатель плотности зависит не только от температуры воды, но и от количества солей, остатков и газов, имеющихся в ее составе. Как правило, плотность подземных вод рассчитывается в диапазоне от 1 до 1,4 г/см3.

Вязкость жидкости определяется как внутреннее сопротивление частиц ее движения. В цифрах это определяется как коэффициент кинематической и динамической вязкости. Что касается сжимаемости, то этой характеристикой вычисляют изменения в объеме воды в результате действия давления, однако этот результат считается достаточно незначительным.

Характеристика подземных вод по их радиоактивности определяется содержанием в ней эманации радия и радона. На практике почти все источники подземных вод являются радиоактивными и в той или иной степени. По результатам проверки жидкость определяют как очень сильно радиоактивную (более 10000 эманов); сильно радиоактивной (от 1000 эман), радиоактивной (в диапазоне от 100 до 1000 эман), слаборадиоактивной (10-100 эман) и очень малорадиоактивной (до 10 эман).

Еще одной достаточно важной особенностью подземных вод является их электропроводность. Этот показатель определяется по количеству (концентрации) в жидкости растворенных солей, например, в пресных источниках зафиксирована незначительная электропроводность, а дистиллированные жидкости считаются своеобразным изолятором. Как правило, этот показатель находится в пределах от 0,02 до 1,0 Ом*м.

Распределение подземных вод на напорные и безнапорные

Вода из подземных источников, получаемая для использования после бурения и устройства скважины, может быть напорной или безнапорной.

Характеристики напорных подземных вод

Такие водоносные горизонты называют артезианскими, они полностью заполняют полости и находятся под постоянным давлением. Именно этим обусловлен самостоятельный подъем воды по скважинам после разрушения водонепроницаемого пласта. Как правило, такая вода холодная и не содержит каких-либо загрязнений или примесей, поэтому подходит не только для удовлетворения хозяйственных или бытовых проблем, но и для непосредственного употребления (питья и приготовления пищи).

Особенности безнапорных подземных вод

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты частично. К увеличению их объема приводят частые обильные дожди или снегопады (в процессе таяния), а чрезмерное потребление путем механической скачивания, наоборот, – к снижению уровня запасов. Из-за повышения использования грунтовых вод на определенных территориях люди могут столкнуться с существенным недостатком воды в регионах. К тому же такие источники чаще загрязняются и не подходят для потребления.

Применение водозаборных сооружений для использования подземных источников воды

Водозабором подземных вод называют комплекс специальных гидротехнических сооружений, включая каптажные устройства, принимающие воду из открытого водоносного пласта, а также насосные станции, снабжающие жидкость водоводами со сбором воды, которыми жидкость затем транспортируется в резервуары или в специальные системы для предварительной очистки и улучшения. параметров. Подбор типа и схемы размещения таких сооружений производится с учетом имеющихся гидрологических и геологических условий работы. Отдельно высчитывается глубина расположения нужного водоносного горизонта и условий его залегания (в частности, это касается типа грунтовых пород и давления в подземном источнике).

На практике такие конструкции для добычи подземных вод разделяют на водозаборные скважины (в виде трубчатых установок), горизонтальные и лучевые водозаборы, колодцы шахтные и каптаж источников.

Чаще используют именно водозаборные скважины, которые обеспечивают забор воды из подземных источников. Обычно они оборудованы специальными обсадными трубами, насосными системами и фильтрами. Технические параметры таких конструкций определяются по конкретным геологическим и гидрологическим условиям местности, а также по дебиту источника.

Шахтные колодцы больше подходят для работы с безнапорными подземными водами, расположенными на небольших глубинах (до 30 метров). Также для работы с неглубоко залегающими источниками малой мощности могут использоваться специальные горизонтальные водозаборные конструкции, состоящие из водоприемников, отводных каналов (трубопроводов), а также водозаборного колодца и непосредственно насосной станции. Если в работе используется сочетание комплекса горизонтальных водозаборных конструкций и колодцев шахтного типа, то мастера это называют лучевыми водозаборами.

Действующие требования по защите и охране подземных вод при бурении и последующей эксплуатации артезианских месторождений на территории Украины

Поскольку подземные воды, особенно артезианского типа, принадлежат недрам государства, их использование контролируется действующими требованиями. К примеру, водозаборные скважины (их строительство и обустройство) создаются с учетом критериев градостроительной документации, строительных норм и других требований, о которых подробно могут рассказать именно мастера, обеспечивающие бурение артезианских скважин и помогающие в оформлении всех необходимых разрешений.

Участок земли для строительства буровой скважины на воду предоставляется в пользование в порядке, предусмотренном Земельным кодексом Украины. Чтобы обеспечить самое экологическое бурение скважин с соблюдением их безопасности для окружающей среды, работы должны проводиться в соответствии с Законом Украины «Об оценке воздействия на окружающую среду». При этом технологии бурения скважин должны реализовываться таким образом, чтобы не допустить переток подземных вод между водоносными горизонтами. С другой стороны, жидкость, которой будут промывать конструкцию, не должна быть загрязнена, чтобы не допустить порчи подземных источников.

Конструкция должна строиться таким образом, чтобы было доступно измерение дебита источника, периодического лабораторного анализа воды, а также возможности возобновить работу установки после возможного повреждения. Что касается определения зон санитарной охраны водных объектов, то для этого используют требования, предусмотренные в Водном и Земельном кодексах Украины, а также в Законе «О питьевой воде, питьевом водоснабжении и водоотводе». Не стоит забывать о соблюдении норм действующего законодательства и во время ликвидации или тампонирования скважин. Кроме того, владельцам скважин (особенно промышленных масштабов) необходимо организовать монтаж и использование специальных измерительных приборов, по показателям которых будут регулярно отслеживаться объемы использованной воды и ее качество.