Особенности подземных вод как полезного ископаемого

Техническая литература:

Колодцы

Словарь по гидрогеологии А-Г

Словарь по гидрогеологии Д-О

Словарь по гидрогеологии П-Я

Станок для бурения БУР-50:

Гл а в а 1.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕСУРСОВ И ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ИХ ОЦЕНКИ ПОНЯТИЕ О ВИДАХ ЗАПАСОВ И РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Подземные воды, пригодные для использования в народном хозяйстве, следует рассматривать как полезное ископаемое. Однако в отличие от других полезных ископаемых (твердых, нефти и газа) подземные воды имеют-ряд специфических особенностей, которые необходимо учитывать при оценке перспектив их использования в народном хозяйстве.

Отличительной и главной особенностью запасов подземных вод по сравнению с запасами других полезных ископаемых является их возобновляемость. Подземные воды — единственное полезное ископаемое, в процессе эксплуатации которого во многих случаях происходит не только его расходование, но и дополнительное формирование, вызванное усилением питания подземных вод. Источниками такого дополнительного питания могут служить и поверхностные воды, и подземные воды смежных с эксплуатируемым водоносных горизонтов, и уменьшение испарения подземных вод при понижении их уровня. Формирование запасов подземных вод может происходить также в результате проведения различных водохозяйственных мероприятий (гидротехнического строительства, орошения), при создании специальных «фабрик» подземных вод*.

Другая существенная особенность подземных вод связана с их подвижностью и тесной взаимосвязью с окружающей средой. Эта взаимосвязь находит отражение в граничных условиях (взаимосвязь подземных и поверхностных вод, условия питания и разгрузки подземных вод). Граничные условия проявляются в процессе эксплуатации водо.заборов и во многом определяют возможность использования подземных вод, в то время как влияние внешней среды на месторождения твердых полезных ископаемых проявляется в течение геологического времени.

Следует отметить еще одну важную особенность подземных вод, связанную с оценкой перспектив их использования. Она заключается в том, что рациональный отбор подземных вод в определенных условиях зависит не столько от количества воды, находящейся в пласте, и от количества воды, поступающей в пласт в естественных условиях, сколько от фильтрационных свойств водовмещающих пород, определяющих сопротивление движению подземных вод к водозаборным сооружениям.

Перечисленные основные особенности подземных вод, отличающие их от других полезных ископаемых, предопределили необходимость выделения нескольких понятий, характеризующих: а) количество воды, находящейся в водоносном горизонте; б) количество воды, поступающей в водоносный горизонт в естественных условиях при проведении водохозяйственных мероприятий, а также в связи с эксплуатацией; в) количество воды, которое может быть отобрано рациональными водозаборами для народного хозяйства.

Другими словами, если при оценке перспектив использования твердых полезных ископаемых, нефти и газа достаточно одного понятия — «запасы полезного ископаемого», то для подземных вод одно это понятие не может полностью охарактеризовать возможность их рациональной эксплуатации.

Напомним, что под з а п а с а м и полезного ископаемого понимается весовое его,количество, заключенное в зем н ы х недр а х.

Для подземных вод кроме запасов, как отмечено выше, следует учитывать их питание. На это еше в начале 30-х годов указывал один из основоположников отечественной гидрогеологии Ф. П. Саваренский, который предложил различать «запасы» подземных вод и их «ресурсы», понимая под последними «обеспечение в водном” балансе данного района поступления подземных вод». Вопросам классификации запасов и ресурсов подземных вод посвящена обширная гидрогеологическая литература. Наиболее полные сведения по этим вопросам содержатся в работах Ф. М. Бочевера (1957, 1961), Б. И. Куделина (1960).

В настоящей работе мы не будем обсуждать классификации, предложенные различными авторами, тем более, что различие между многими из них носит в основном терминологический характер. Остановимся только на характеристике важнейших понятий, приняв за основу терминологию, предложенную Н. Н. Биндеманом (1963) и использованную при составлении отдельных томов монографии «Гидрогеология СССР».

Запасы и ресурсы подземных вод могут быть подразделены на: 1) естественные запасы и ресурсы;

2) искусственные запасы и ресурсы;

3) привлекаемые ресурсы;

4) эксплуатационные запасы и ресурсы*.

Е с т е с т в е н н ы е з а п а с ы —. м асса rpавитационной воды в пласте в естественных условиях. Ту часть этой массы, которую можно извлечь из пласта при снижении давления за счет упругого расширения воды и сжатия породы (уменьшения пористости), принято называть упругими запасами.

При оценке запасов подземных вод для водоснабжения естественные запасы целесообразно выражать в единицах объема.

Е с т е с т в е н н ы е ресурсы — количество воды, поступающей в водоносный горизонт в естественных условиях в результате инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек и озер, перетекания из выше- и нижележащих горизонтов, притока со смежных территорий. Естественные ресурсы водоносного горизонта равны сумме всех приходных элементов баланса данного горизонта. Они выражаются в единицах расхода и могут быть также определены по сумме всех расходных элементов баланса (испарение, транспирация растительностью, родниковый сток, фильтрация в реки, озера и перетекание в смежные горизонты).

* Используемые в настоящей работе термины не принимаются всеми гидрогеологами. Часто термину «естественные запасы» соответствуют в литературе термины «статические», «вековые», «геологические», «запасы», а «естественным ресурсам» — «динамические запасы», «расход подземного потока».

Искусственные запасы — это объем подземных вод в пласте, накопившихся в результате орошения, подпора водохранилищами или фильтрации из них, искусственного восполнения подземных вод (магазинирование).

И с к у с с т в е н н ы е р е с у р с ы — количество воды, поступающей в водоносный горизонт в результате фильтрации из каналов и водохранилищ, орошения, а также проведения мероприятий по искусственному питанию подземных вод.

П р и в л е к а е м ы е р е с у р с ы — увеличение питания подземных вод при эксплуатации водозаборов в связи с возникновением или усилением фильтрации из рек, озер, перетеканием из смежных„обычно вышер расположенных водоносных горизонтов.

Понятия «эксплуатационные запасы» и «экс п луат ац и о н н ы е р е с у р с ы» подземных вод являются в сущности синонимами. Под ними понимается то «количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока потребления» («Инструкция …», 1962). Эта величина, таким образом, представляет собой производительность водозабора и выражается в единицах расхода (обычно в м’/сут). Поэтому более логичным было бы использование только термина «эксплуатационные ресурсы». Но так как для всех других полезных ископаемых принят термин «запасы», и они утверждаются Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых (ГКЗ), при рассмотрении возможностей использования подземных вод в народном хозяйстве обычно применяется термин «эксплуатационные запасы». Он принят в официальных документах (классификация эксплуатационных запасов и инструкция ГКЗ по ее применению). В то же время при региональной оценке запасов и ресурсов подземных вод более точен термин «эксплуатационные ресурсы», так как в этом случае ресурсы подземных вод рассматриваются как часть общих водных ресурсов.

Эксплуатационные ресурсы подземных вод того или иного региона определяются не только гидрогеологическими условиями, но и схемой эксплуатации (размещением водозаборов, расстояниями между ними, расходами отдельных водозаборов). В связи с этим Н. Н. Биндеман (1972) предложил выделить два понятия: «потенциальные эксплуатационные ресурсы» и «прогнозные эксплуатационные ресурсы». Под потенциальными эксплуатационными ресурсами следует понимать ресурсы подземных вод, которые могут быть получены при размещении водозаборов по всей площади распространения водоносного горизонта и при расстояниях между водозаборами, обеспечивающими полное использование естественных, привлекаемых и искусственных запасов и ресурсов подземных вод с учетом заданного понижения уровня и принятой длительности эксплуатации. В отличие от потенциальных прогнозные эксплуатационные ресурсы соответствуют определенной схеме размещения водозаборных сооружений. Потенциальные ресурсы характеризуют максимальное количество воды, которое может быть отобрано из,водоносного горизонта. Так как водовмещающие породы обладают фильтрационными сопротивлениями, прогнозные ресурсы, соответствующие определенной схеме расположения водозаборов, обычно меньше потенциальных, и только в отдельных случаях прогнозные ресурсы могут достигать величины потенциальных. Долю возможного использования потенциальных ресурсов при той или иной схеме расположения водозаборов Н. Н. Биндеман (1973) предложил называть прогнозным коэффициентом использования подземных вод.

Безусловно, что при различных гидрогеологических условиях в формировании эксплуатационных ресурсов (запасов) подземных вод будут превалировать те или иные виды запасов или ресурсов, что подробно будет рассмотрено в следующем разделе,

Эксплуатационные ресурсы (запасы) подземных вод могут быть обеспечены источниками формирования или на определенный ограниченный срок эксплуатации, или на неограниченное время. В последнем случае источником формирования эксплуатационных ресурсов являются естественные и искусственные ресурсы, а также привлекаемые ресурсы (если они в свою очередь обеспечены на неограниченный срок эксплуатации), так как при t~oo второй и четвертый члены в правой части уравнения’ стремятся к нулю.

Несомненно, что при решении различных народнохозяйственных проблем, связанных с использованием подземных вод, первостепенное значение имеет оценка эксплуатационных ресурсов (запасов) подземных вод. Только величина эксплуатационных ресурсов (запасов) позволяет судить о возможности и целесообразности использования подземных вод. Однако определенный интерес представляет подсчет и других видов запасов и ресурсов подземных вод. Это необходимо и для оценки отдельных источников формирования эксплуатационных ресурсов подземных вод, и для количественной характеристики водоносных горизонтов и структур в естественных условиях.