Подземные воды в качестве полезного ископаемого
Где могут применяться?
Подземные воды составляют 30% от общих запасов воды на планете.
Их преимуществами является лучшая защищенность от загрязнения, чем у источников на поверхности планеты и они мало подвержены сезонным колебаниям.
В мировом масштабе их эксплуатация покрывает приблизительно 50% потребности в питьевой воде, 20% – в орошении и 40% нужд промышленности.
Сферы использования:
- для питья;
- промышленность;
- орошение;
- строительство;
- сырье для химической и пищевой промышленности;
- отопление и в качестве альтернативного возобновляемого источника энергии;
- лакокрасочное производство;
- медицинские цели – лечение с использованием минеральных вод.
Подземные воды используются в тех же отраслях, что и поверхностные. Исключение составляют минеральные и термальные воды. Они чаще применяются для лечения, в составе реабилитации после травм и тяжелых заболеваний.
Как человек использует?
Подземные воды широко используют в хозяйственной деятельности человека. Требования к качеству, объему предварительной обработки зависят от сферы их применения.
В пищевой промышленности
По данным Европейской экономической комиссии подземные воды – основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве европейских стран.
Их доля в общем непромышленном потреблении составляет 48% от их общего объема, использующегося для хозяйственной деятельности человека.
В пищевой промышленности разрешается использовать некондиционные, загрязненные воды. Но только после предварительной очистки, дезинфекции и, при необходимости, дистилляции.
В пищевой промышленности они применяется следующим образом:
- в качестве сырья – для производства столовых, очищенных питьевых вод, при приготовлении газировок, восстановлении соков;
- ликероводочная промышленность – и как источник сырья, и как моющее средство;
- для дезинфекции и очистки оборудования, зданий, сооружений;
- в качестве теплоносителя в системах отопления и хладагента.
Для питья
Человеку при соблюдении правил здорового питания требуется от 1,5 до 3 л воды в день. Это зависит от возраста, веса и его вида деятельности.
Преимуществом подземных вод в этом случае является экологичность. Они меньше подвергаются воздействию антропогенной деятельности человека, чем поверхностные источники.
Например, подземные источники в Мюнхене покрывают 100% потребности города в питьевой воде. В прочих мегаполисах этот показатель варьируется от 11 до 48%.
В сельском хозяйстве
Подземные воды широко применяются для орошения в странах с пустынным и полупустынным климатом, в зонах рискованного земледелия.
Например, в США – до 45%, а в Ливии – 100% сельскохозяйственных угодий обрабатывается с применением ресурсов из подземных горизонтов. В ряде стран разработано строгое водоохранное законодательство.
В первую очередь высококачественные ресурсы применяются для питья, нужд пищевой промышленности. Для орошения – только после удовлетворения потребностей защищенных отраслей народного хозяйства.
Кроме этого, учитывается объем поверхностных источников и возможность их использования для орошения сельскохозяйственных угодий.
В штате Калифорния 85% воды, получаемой из подземных горизонтов, уходит на полив угодий.
В медицине
В медицине подземные воды применяются как для обслуживания лечебных учреждений, так и для терапии различных заболеваний.
Сферы использования:
- обеспечение хозяйственной деятельности стационара, поликлиники;
- приготовление пищи и питьевые нужды;
- дезинфекция;
- изготовление лекарственных препаратов;
- получение дистиллята для обработки инструмента;
- лечебные минеральные и термальные – при санаторно-курортном лечении, для профилактики рецидивов хронических заболеваний.
В промышленности
В промышленности подземные воды используют в качестве сырья для получения полезных ископаемых и для обслуживания производства.
В первом случае количество добываемых микроэлементов должно быть экономически выгодно.
В Варне из рассолов получают хлористый кальций, углекислый и едкий натр. В Германии – рубидий и цезий, в Италии – йод.
Термальные источники, гейзеры – применяют в качестве альтернативного и возобновляемого источника энергии для отопления, производственных нужд.
Какой процент использования в России?
Процент использования подземных вод зависит от их разновидности и степени минерализации. Водоотбор из разведанных месторождений составляет 15,6% их общего запаса в России. Доля альтернативных источников в системе водоснабжения мегаполисов, крупных городов должна составлять не менее 30%.
Применение в России:
- питьевые и хозяйственные нужды – 15,97% от общего объема добычи;
- экономика, социальная сфера – 6,47%;
- потери воды – 1,2%;
- сброс воды при добыче полезных ископаемых – 4,3%.
В последние 20 лет количество подземных вод, использующихся для промышленных нужд, снижается в среднем на 0,60 млн м3/сутки. Но общий показатель их добычи не изменился.
То есть происходит увеличение потребления для питья и орошения, но снижение их использования в производстве. Это связано с более экономным и рациональным применением полезных ископаемых.
Заключение
Подземные воды – это собирательное название всех водоносных горизонтов.
Они различаются по минерализации, глубине залегания, наличию примесей органического и неорганического происхождения. Они применяются для питья, в лечебных и рекреационных целях.
Это стратегический вид ресурсов — единственный надежный источник питьевого водоснабжения населения на период техногенных и природных катастроф.
А какова Ваша оценка данной статье?
Подземные воды необходимы человечеству и используются практически во всех областях жизнедеятельности. Несмотря на то, что этот ресурс является восполняемым, его количество сокращается с ужасающей быстротой.
Причиной нерационального использования часто является обычное незнание и недопонимание проблемы. Узнать о том, что такое подземные воды и об их значении, необходимо каждому.
Что это такое — общая характеристика?
Это воды, которые находятся ниже уровня земной поверхности и содержатся в водовмещающих горных породах верхней части земной коры в газообразном, жидком или твердом состоянии.
Они классифицируются в зависимости от типа грунта, который образует земную поверхность, глубины его залегания и количеству влаги, способного уместиться в нем.
Слои водонасыщенных пород называют водоносными горизонтами.
Важно! Водоносные горизонты, содержащие пресную воду, считаются одним из основных природных ресурсов.
Водоносные горизонты подразделяются на безнапорные и напорные. Первые ограничены только одним пластом водонепроницаемых пород снизу. Это, например, грунтовые воды. Вторые ограничены и сверху, и снизу.
Подземные воды в зависимости от типа грунта, в котором они находятся, разделяются на:
- поровые, расположенные в песке;
- трещинные – заполняют пустые места в скалистых породах;
- карстовые, которые находятся в растворенном виде в таких породах как гипс, известняк и т.д.
Вода – универсальный растворитель, поэтому она довольно быстро впитывает все то, что находится в породах, окружающих ее и насыщается различными веществами.
По количеству примесей, растворенных в воде, выделяют 4 ее типа:
- пресная,
- солоноватая,
- соленая,
- рассол.
Значение в жизни человека и природы?
Подземные воды ценятся не меньше, чем полезные ископаемые. Но даже при постоянном использовании они имеют способность возобновляться.
Они служат источником питания озер и рек, только благодаря их поддержке эти водоемы не высыхают даже в самое жаркое лето при минимуме дождей. Они же не дают водоемам иссохнуть под ледяным слоем.
Сферы активного использования:
-
водоснабжение городских и сельских территорий; - сельскохозяйственные нужды;
- промышленные нужды;
- пар из гейзеров используется для отопления домов и создания энергетических станций;
- воды с высоким содержанием минералов, а также термальные источники активно применяются в организации курортов, которые привлекают туристов круглый год.
Еще больше информации том, какую роль играют подземные воды в жизни человека здесь.
Внимание! Несмотря на то, что данный природный ресурс является возобновляемым, происходит процесс его восстановления очень медленно. Массовое использование подземных вод становится проблемой мирового масштаба и может привести к экологической катастрофе.
Зоны аэрации
Глубина залегания подземных вод бывает разной. В зависимости от этого выделяют несколько их категорий, одна из которых: воды зоны аэрации. Это также подземные воды, но находятся они максимально близко к поверхности почвы. В эту группу входят верховодка и грунтовые воды.
Верховодка
Рассмотрим понятие. Это воды, которые залегают в непосредственной близости к поверхности почвы.
Они отличаются:
- непостоянным местом распространения;
- их существование носит временный характер;
- небольшим количеством.
Как правило, в умеренной климатическом поясе верховодка появляется весной после таяния снега и, реже, осенью, в сезон дождей, т.е. в период обильного количества влаги.
В засушливое время она исчезает. Расположена верховодка на первом от поверхности почвы водоупорном пласте. Если он находится слишком близко или поднимается к самой поверхности, происходит заболачивание почвы.
Грунтовые воды
Грунтовыми водами называются те, которые расположены на первом от поверхности почвы водоупорном слое первого водоносного горизонта. Их поверхность свободна, и в большинстве случаев над ней нет водонепроницаемых пород.
Грунтовые воды появляются в результате пропитывания осадками и поверхностными водами, в т. ч. верховодкой, водоносного горизонта. Они непостоянны по ряду признаков, поскольку зависят от регулярности насыщения, мощности водоносного слоя, глубины расположения.
Внимание! Помимо метеорологических условий на уровень и количество грунтовых вод влияют и гидравлические условия, и хозяйственная деятельность.
От глубины их залегания зависит многое в жизни человека:
- нет смысла возводить дома и другие сооружения на месте с высоким залеганием грунтовых вод, поскольку рано или поздно они размоют фундамент, растворят цемент;
- сельскохозяйственная деятельность также зависит от этого показателя, большинству растений удобнее располагаться в тех местах, где почва не склонна к заболачиванию, но и не слишком сухая;
- эта разновидность подземных вод является индикатором чистоты окружающей среды: именно по уровню их загрязненности определяют, насколько на экосистему влияют свалки, места скопления химических отходов, заводы и т. д.
Еще больше о грунтовых водах — здесь.
Как образуются?
Подземные воды могут образовываться следующими способами:
- Проникновение в почву осадков и влаги с поверхности. Этот способ считается основным и самым простым. Он носит название инфильтрация. Количество влаги, которая проникнет в почву, зависит от типа грунта, рельефа местности и обилия растений. Среднее количество осадков, попадающих внутрь земли – 20%.
- Осаждение водяного пара в трещинах скалистых пород.
- Образование первичных вод, которое происходит в процессе разделения и застывания магмы. Количество в чистом виде минимально, поскольку оно сразу же смешивается с другими видами.
На фото можно увидеть схему образования подземных вод:
Источники
Случается, что водоносный горизонт становится переполненным, тогда воды начинает прорываться на поверхность, в результате чего и появляются источники подземных вод. Они проявляются в виде родников, ключей.
Количество прорвавшейся сквозь слой почвы влаги зависит от ряда факторов:
- размер полости в слоях породы;
- уровень давления;
- количество снега и дождей;
- антропогенный фактор.
Человек способен оказывать влияние на количество воды, выходящей из источника. Особенно это касается случаев потребления в промышленных масштабах (например, при бурении и использовании скважин).
Интересно! Источники могут носить не только наружный характер. На дне океана также существуют прорывы, богатые минеральными веществами. В местах скопления таких источников создается уникальный подводный мир.
Многие полагают, что вода, которая проливается в виде родника или ключа, находится в определенном замкнутом пространстве. Но на самом деле она может находиться и в движении, при этом прорываясь наверх в определенном месте.
Существуют и термальные источники, которые чаще всего находятся в местах вулканической активности. Они подпитываются водой, которая нагрета вулканическими камнями, и сохраняют температуру при выходе из земли.
Детальная информация об источниках подземных вод здесь.
Где находятся?
Расположены подземные воды в горных породах верхней части коры земли.
Что касается географического места локации, они существуют практически везде, даже в самой сухой пустыне.
Просто там уровень их залегания значительно ниже. Не стоит забывать, что даже если они находятся в газообразном состоянии в глубоких горных породах, они все равно есть.
Полная информации о местоположении подземных вод здесь.
Можно ли их назвать полезным ископаемым?
Подземные воды относятся к полезным ископаемым, поскольку они бесценны для человечества. Воды на планете очень много, но большая ее часть – это океаны и моря, вода в которых соленая и не пригодна для использования.
Важно! Подземные воды – это единственный источник пресной воды на земле. Именно она необходима для обеспечения осуществления полноценной жизнедеятельности человека.
Какие виды бывают?
Классификация подземных вод по уровню залегания:
-
Почвенные носят временный, часто, сезонный характер. Необходимы для поддержания нормального развития растений. Расположены на глубине более 1,5 м. - Грунтовые залегают не глубоко, без напора. Зависят от климатических условий, чем больше выпало осадков, тем мощнее они становятся и выше поднимаются.
- Межпластовые расположены между двумя водоупорными слоями. Располагаются достаточно глубоко, их уровень и свойства практически не зависят от количества выпавших осадков. Наполняются водой медленно, только в тех местах, где водоносные горизонты приближаются к поверхности почвы.
- Артезианские расположены в бассейне, который образуется в прогибе земной коры. Находятся под напором. Обеспечивают основную массу населения планеты пресной водой.
Подробную статью о классификации подземных вод по уровню залегания ищите тут.
Справка! Самый большой артезианский бассейн – Западно-Сибирский. Его площадь составляет 3 млн км2.
Химический состав
Химический состав подземных вод зависит от состава пород, в которыми они находятся в контакте. Подземные воды – это раствор, в котором содержатся множество химических элементов, микроорганизмы, газы.
Полный разбор химического состава подземных вод ищите здесь.
Загрязнение
Загрязнение подземных вод – это необратимый процесс изменения состава в результате попадания в него посторонних опасных элементов, в результате которого ее качество становится хуже.
Виды деятельности человека, вызывающие загрязнение:
- бытовая;
- сельскохозяйственная;
- добыча и переработка нефтепродуктов;
- химическая;
- энергетическая;
- производство бумаги и сопутствующих материалов;
- организация свалок;
- неправильная организация хранения химических отходов.
Для защиты от загрязнения предпринимают следующие действия:
- в производство вводятся новые технологии, разработанные с целью минимального выхода опасных веществ в окружающую среду;
- появляются современные методы очистки промышленных стоков;
- повторное использование стоков там, где это возможно.
Химическая промышленность постепенно переходит на воздушное охлаждение, в результате чего количество потребляемой, а, значит, и загрязненной воды уменьшается более чем на 70%.
Детально о видах загрязнения подземных вод читайте по ссылке.
Мониторинг
Данный вид мониторинга считается первостепенным и самым проработанным на территории РФ среди всех видов мониторинга системы недр.
Он обеспечивается и осуществляется Федеральным агентством по недропользованию.
Исследование проводится ежегодно, в каждом регионе, после чего составляется соответствующая карта.
В случаях обнаружения повышенного уровня загрязнения разрабатывается комплекс мер по его снижению либо полному устранению.
Интересно! В тех случаях, когда на использование этого природного ресурса приобретена лицензия, такой мониторинг должен регулярно проводиться организацией, которая ее получила.
О мониторинге подробнее читайте в нашей статье.
Лицензия
Лицензия на пользование подземными водными ресурсами может потребоваться не только юридическому, но и физическому лицу. Она дает право на бурение новых источников и их использование.
Физическим лицам такой документ может потребоваться только в случае нахождения на их участке артезианской скважины или при гигантском расходе воды свыше 100м3. Это практически нереальный показатель. Юридическим лицам лицензия требуется чаще.
Обойтись без нее можно в следующих случаях:
-
земельный участок находится в собственности или в аренде у лица, которое не претендует на водопользование; - запасы не находятся на государственном балансе;
- водоносный горизонт не используется для обеспечения центрального водоснабжения;
- суточный расход воды меньше 100м3;
- она не передается другим юридическим лицам.
Во всех остальных случаях требуется лицензия. Ее получение – долгий и дорогостоящий процесс, который занимает минимум 220 дней со всеми проводимыми исследованиями.
И это только в том случае, если ежедневное потребление ресурса составит не более 100 м3, в противном случае оформление документа займет значительно больше времени, поскольку будут проводиться обязательные исследования по гидрологии недр.
Все эти исследования должен будет оплачивать заказчик, а стоят они недешево.
Еще больше информации о лицензировании в нашей статье здесь.
Использование
Природный ресурс используется человеком:
- в пищевых целях;
- в бытовых целях;
- в сельском хозяйстве;
- в промышленности;
- из термальных источников получают различные химические вещества.
Справка! Некоторые термальные источники считаются целебными, они используются в туристических и оздоровительных целях.
О применении подземных вод подробнее тут.
Заключение
Подземные воды – это уникальнейший дар природы человеку. Наличие пресной воды является одним из необходимых условий существования человечества.
Это нужно ценить и учитывать в своей ежедневной деятельности. Нерациональное использование и утрата этого ценнейшего ресурса способна привести к гибели всего живого на планете.
В природе преобладают соленые воды и рассолы, которые почти не используются. Лишь ничтожная часть всех природных вод обладает теми качествами, которые делают ее полезным ископаемым. Эти качества определяются кондициями, т.е. совокупностью требований потребителя к составу минерального сырья. Кондиции природных вод определяют не только пригодность подземной воды, но и характер ее использования.
В зависимости от состава подземная вода используется как питьевая, минеральная, техническая, промышленная и термальная.
Питьевая подземная водаиспользуется с незапамятных времен, но требования к ее качеству постоянно менялись. Первоначально они определялись только органолептически. Затем их стали тестировать по физическим и химическим свойствам. В настоящее время введены строгие требования, которые регламентируются государственными документами. В России таким документом является ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». Его требования представлены в табл. 17.
Таблица 85. Стандарты Всемирной Организации Здравоохранения (WHO) для состава питьевых вод и вклад питьевой воды в потребление элементов при питании (C.A.J. Appelo, D. Postma).
| Компонент | Вклад в минеральное питание (%) | Наибольшие допустимые концентрации (мг/л) | ПДК в РФ | Примечания |
| Mg2+ | 3-10 | Mg/SO4 диарея | ||
| Na+ | 1-4 | |||
| Cl- | 2-15 | по вкусу; не опасно <600 мг/л | ||
| SO42- | диарея | |||
| NO3- | болезнь blue baby | |||
| NO2- | 0,1 | |||
| F- | 10-50 | 1,7 | ниже при высоком водопотреблении | |
| As | ca. 30 | 0,05 | болезнь black-foot | |
| Al | – | 0,2 | Подкисление/флокулирование Al | |
| Cu | 6-10 | 0,1 | 3 мг/л в новых водопроводных системах | |
| Zn | ничтожное | 0,1 | 5 мг/л в новых водопроводных системах | |
| Cd | – | 0,005 | ||
| Pb | – | 0,05 | ||
| Cr | 20-30 | 0,05 |
Таблица 86.Таблица 17. Предельно допустимые концентрации (ПДК) компонентов химического состава питьевых вод (ГОСТ 2874-82)
| Токсикологические показатели | ПДК, мг×л-1 |
| Сухой остаток | |
| Сульфаты (SO42-) | |
| Хлориды (Cl-) | |
| Железо (Fe) | 0,3 |
| Марганец (Mn) | 0,1 |
| Алюминий остаточный | 0,5 |
| Медь (Cu2+) | 1,0 |
| Цинк (Zn2+) | 5,0 |
| Бериллий (Be) | 0,0002 |
| Молибден (Mo) | 0,25 |
| Мышьяк (As) | 0,05 |
| Нитраты (NO3-) | 45,0 |
| Свинец (Pb) | 0,03 |
| Селен (Se) | 0,001 |
| Стронций (Sr) | 7,0 |
| Фтор (F) для климатических районов: I-II | 1,5 |
| III . | 1,2 |
| IV . | 0,7 |
| Жесткостьобщая, мг-экв×л-1 | 7,0 |
| pH | 6,0-9,0 |
В США также нормируется содержание Cd, Cr, Hg и др.
Бактериальные требования контролируется коли-титром, величина которого должна превышать 300 мл на одну кишечную палочку. Питьевая вода используется либо непосредственно для снабжения населения, либо для изготовления алкогольных или безалкогольных напитков. В последнем случае качество питьевой воды часто определяет и качество самого напитка.
Минеральная водаобладает лечебными качествами, которые определяются ее составом. Она может использоваться как для внутреннего, так и для наружного употребления. Как правило, к минеральным водам относят те, которые содержат повышенные концентрации отдельных активных компонентов или обладают особыми физическими свойствами. Среди них выделяют углекислые, сероводородные, кремнистые, железо- и мышьяксодержащие, йодные, бромные, борные или радоновые.
Все минеральные воды прежде всего делятся на воды внутреннего (питьевого) и наружного (для ванн) применения. В соответствии с ГОСТ 13273-88 питьевые минеральные воды делятся на две большие группы: лечебно-столовые с минерализацией от 1 до 10 г×л-1 и лечебные с минерализацией от 10 до 15 г×л-1. Последние применяются только по назначению врача. Более интенсивному воздействию на организм минеральных вод наружного применения часто способствует повышенная температура.
Требования к качеству минеральных вод определяют врачи на основе их физиологического воздействия на организм человека в каждом конкретном случае.
Техническая водане пригодна для питья, но может быть использована в промышленности или сельском хозяйстве. Требования к качеству этой воды зависят от ее количества и назначения. Главными параметрами являются минерализация, газонасыщенность, жесткость и присутствие компонентов вредных для окружающей среды.
 |
| Рисунок 0‑1. Схематическая карта распространения и районирования промышленных подземных вод на территории бывш. СССР, по [Методы изучения…, 1986]. Провинции древних (докембрийских) платформенных областей: I – Русская, II – Прикаспийская, III – Сибирская; провинции эпипалеозойских платформенных областей: IV – Скифская, V – Западно-Сибирская, VI — Туранская; провинции гидрогеологических складчатых областей: VII – альпийской, VIII -герцинской, IX – мезозойской, Х – кайнозойской. Районы подземных промышленных вод (йодных, бромных, иодо-бромных): 7 – весьма перспективные; 2 – перспективные; 3 – малоперспективные; 4 – неперспективные горно-складчатые области и щиты (я) и платформы {б) границы: 5 — провинций, б — месторождений промышленных вод |
Промышленная водаслужит сырьем для добычи отдельных полезных компонентов. Для этого концентрации этих компонентов должны превышать некоторые значения, которые называются кондиционными концентрациями. Величина этого содержания зависит не только от условий залегания и качества сырья. Она зависит от технологических возможностей промышленности, от спроса и цены добываемого компонента. Например, содержание Br должно превышать 250 мг×л-1, I – 18 мг×л-1. При совместном извлечении этих элементов, их кондиции снижаются соответственно до 200 и 10 мг×л-1.
Промышленные воды могут быть сырьем для добычи Li (кондиция 10-20 мг×л-1), Rb (3-5 мг×л-1), Cs (1 мг/л), Sr (300-500 мг×л-1) и B (200 мг/л). В частности, в подземных водах сосредоточено 55% мировых запасов Li, 40% Rb и 35% Cs. В России из подземных вод извлекают только Br и I.
Термальная водаиспользуется для получения тепловой энергии. Главным параметром качества этих вод служит температура. Ее используют либо непосредственно для теплофикации, либо для получения электрической энергии.
Промышленные и термальные воды употребляются не полностью. В связи с этим при их использовании возникают проблемы утилизации отходов, которые представляют собой воду повышенной минерализации. Требования экологической безопасности часто оказываются непреодолимым препятствием на пути их добычи.