Содержание
Глава 7. Геологическая деятельность подземных вод
7.1. Виды воды в горных породах
7.2. Движение и режим грунтовых вод
7.3. Подземные воды и окружающая среда
Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут существовать без обмена с поверхностной водой и активно участвуют в круговороте воды в природе. Все, что связано с подземной водной оболочкой, включая теоретические и особенно прикладные аспекты, изучает наука гидрогеология. В наше время пресная вода стала важнейшим полезным ископаемым.
Структура и свойства воды определяются строением ее молекулы — Н2О в виде тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода.
На концах одного из ребер тетраэдра расположены два положительных заряда ядер атомов водорода, что составляет гидроль, или элементарную дополнительную структурную единицу воды. Гидроли могут объединяться. Так, для льда устойчивой структурой будет тетраэдр, состоящий из гидролей. Гексагональная решетка льда, состоящая из связанных между собой тетраэдров, очень рыхлая, поэтому увеличение температуры приводит к нарушению и так непрочных связей решетки и некоторые гидроли как бы падают внутрь решетки, которая разрушается на отдельные массивы и наконец превращается в пресную воду, обладающую наибольшей плотностью при Т = +4 °С.
7.1. Виды воды в горных породах
Вода в горных породах бывает нескольких видов.
1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых минералов, например в гипсе — CaSO4 ⋅ 2h3O (~21 % воды по массе), мирабилите Na2SO4 ⋅ 10h3O (~56 % воды по массе). Если эти минералы нагревать, то вода высвобождается из кристаллической решетки.
Так, гипс потеряет одну молекулу воды при +107 °С, а вторую — при +170 °С, после чего он превращается в ангидрит — CaSO4.
2. Вода в твердом виде встречается в многолетнемерзлых породах в виде кристаллов и прожилок льда. Лед образуется и при сезонном промерзании воды, содержащейся в горных породах.
3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах горной породы.
4. Прочносвязанная вода располагается в виде молекулярной прерывистой пленки на поверхности мельчайших частиц таких пород, как глины и суглинки. Эта пленка удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Типы воды:
1 — прочносвязанная, 2 — рыхлосвязанная, 3 — гравитационная
5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую пленку из нескольких слоев молекул воды на частице породы. Эта вода обладает способностью перемещаться от более толстой пленки к менее толстой.
6. Капельно-жидкая (гравитационная) вода уже обладает способностью свободно перемещаться в горной породе по трещинам и порам под действием силы тяжести, начиная с верхнего почвенного слоя.
7. Капиллярная вода, как следует из названия, находится в тончайших капиллярных трубочках или порах, в которых удерживается силами поверхностного натяжения с образованием менисков. Капиллярная вода обычно располагается выше уровня грунтовых вод, и при этом она может подниматься вверх от этого уровня на 1,5–3 м. Капиллярная кайма, будучи связана с уровнем грунтовых вод, колеблется вместе с ним.
Выше уровня грунтовых вод может располагаться еще одна неширокая кайма капиллярно-подвешенной воды, удерживаемой в тонких порах почвы и подпочвенных горизонтов суглинков и глин (рис. 7.2).
Подземные воды распределяются в верхней части земной коры вполне закономерно. Самая верхняя часть земной коры, вблизи поверхности, называется зоной аэрации, т. к. она связана с атмосферой и почвенным покровом. Ниже нее залегает зона полного насыщения, где вода распространена преимущественно в жидком виде, тогда как в зоне аэрации она может быть и парообразной. Если температуры отрицательны, то вода в этих двух зонах может присутствовать и в виде льда.
Рис. 7.2. Распределение воды выше зоны грунтовых вод. 1 — зона аэрации,
2 — зона полного насыщения (водоносный горизонт), 3 — капиллярно-подтянутая вода,
4 — капиллярно-подвешенная вода
Таким образом, зона аэрации представляет собой как бы переходный буферный слой между атмосферой и гидросферой. В зоне полного насыщения все поры заполнены капельно-жидкой водой, и тогда образуется водоносный горизонт.
Однако горные породы в различной степени проницаемы для воды, что зависит от ряда факторов. Следует подчеркнуть, что пористость и проницаемость не одно и то же.
Горные породы подразделяются на водопроницаемые, слабопроницаемые и водоупорные.
Водопроницаемые — песок, гравий, галечники, конгломераты, трещиноватые песчаники, доломиты, закарстованные известняки и др., и это несмотря на то, что галечники, прекрасно проницаемые для воды, имеют пористость всего 20 %. Пористость
n = Vn / V ⋅ 100,
где Vn — объем пор в образце, а V — объем всего образца.
Пески обладают пористостью 30–35 %.
К слабопроницаемым породам относятся супеси, легкие суглинки, лессы.
Водоупорными считаются всевозможные глины, тяжелые суглинки, плотные сцементированные породы.
Глины имеют пористость 50–60 %. Все дело в том, что поры в глинах очень тонкие (субкапиллярные) и вода через них не может проникнуть, т. к. задерживается силами поверхностного напряжения. Водопроницаемость зависит не от количества пор, а от размера и формы слагающих породу зерен и от плотности их сложения.
Способность горных пород накапливать и удерживать в себе воду называется влагоемкостью. Под полной влагоемкостью понимают такое состояние породы, в котором все виды пор заполнены водой. Максимальная молекулярная влагоемкость — это то количество воды, которое остается в горной породе после того, как стечет вся капельно-жидкая гравитационная вода. Оставшаяся вода удерживается в порах силами молекулярного сцепления и поверхностного натяжения (рис. 7.4). Разница между полной влагоемкостью и максимальной молекулярной влагоемкостью называется водоотдачей, а удельная водоотдача — это количество воды, получаемое из 1 м3 горной породы.
Рис. 7.4. Влагоемкость и водоотдача. 1 — полная влагоемкость, все поры заполнены водой;
2 — водоотдача, гравитационная вода стекла; 3 — максимальная молекулярная влагоемкость:
вода удерживается силами молекулярного сцепления.
Разница между объемами воды в 1 и 3 называется водоотдачей
Классифицировать подземные воды можно по разным признакам — по условиям залегания, по происхождению, по химическому составу.
Типы подземных вод по условиям залегания. Выделяются воды безнапорные, подразделяющиеся на верховодку, грунтовые и межпластовые, а также напорные, или артезианские.
Верховодка — это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах зоны аэрации, в водоносных отложениях на линзовидном, выклинивающемся водоупоре (рис. 7.3). Как правило, верховодка появляется весной, когда тают снега, или в дождливое время, но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы, выкопанные до верховодки, летом пересыхают. Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или флювиогляциальных отложений.
Грунтовые воды представляют собой верхний постоянный водоносный горизонт, располагающийся на первом же протяженном водоупорном слое. Питаются грунтовые воды из области водосбора в пределах водоносного горизонта. Грунтовые воды могут быть связаны с любыми породами: как рыхлыми, так и твердыми, но трещиноватыми.
Поверхность грунтовых вод называется зеркалом, а мощность водосодержащего слоя оценивается вертикалью от зеркала до кровли водоупорного горизонта, и она не остается постоянной, а меняется из-за неровностей рельефа, положения уровня разгрузки, количества атмосферных осадков, изгиба кровли водоупорного слоя. Выше зеркала грунтовых вод образуется кайма капиллярно-подтянутой воды (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Схема залегания грунтовых вод:
1 — верховодка (водоносный временный горизонт), 2 — локальный водоупор,
3 — водоносный горизонт, 4 — водоупорный горизонт,
5 — зеркало грунтовых вод, 6 — река, 7 — аллювий, 8 — родник
7.2. Движение и режим грунтовых вод
Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа, повышаясь на водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования.
Естественно, вода в водоносном слое под действием силы тяжести находится в непрерывном движении и стремится достичь наиболее низкого места в рельефе, например уреза воды в реке, тальвега дна оврага. Именно там, в области разгрузки подземных вод, образуются родники. Вода в водоносном слое перемещается в зависимости от пористости пород, характера соприкосновения частиц, формы и размеров пор, уклона водоносного слоя. Обычно в песках скорость движения воды при небольших уклонах составляет от 0,5 до 2–3 м/сутки. Но если уклон большой и поры велики, то скорость может достигать нескольких десятков метров в сутки (рис. 7.5).
Рис. 7.5. Движение грунтовых вод в зависимости от уровня вод и давления.
1. Точки А и Б имеют одинаковое давление, но А выше Б и вода движется от А к Б (толстая стрелка).
2. Точка В имеет более высокое давление, чем точка Г, и вода движется от В к Г.
3. Точка Д имеет большее давление, чем точка Е, вода движется от Д к Е. e — уровень грунтовых вод
В зависимости от количества атмосферных осадков объем грунтовых вод может изменяться, и летом дебит источников падает, а в сильные засухи родники даже пересыхают (рис.
7.7). Зеркало грунтовых вод особенно сильно может понижаться в связи с забором воды для промышленных нужд. Вокруг скважин, откачивающих воду, уровень грунтовых вод постепенно понижается, и образуется депрессионная воронка (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Образование депрессионной воронки в уровне грунтовых вод при усиленном
отборе воды из скважины. 1 — водоносный горизонт; 2 — уровень воды
в скважине; 3 — депрессионная воронка; 4 — новый уровень грунтовых вод;
5 — прежний уровень грунтовых вод (до отбора)
Рис. 7.7. Положение уровня грунтовых вод в дождливый (1) и засушливый (2) сезоны.
В сухой сезон понижается уровень реки (межень) и некоторые колодцы пересыхают
Межпластовые безнапорные подземные воды приурочены к водоносным слоям, располагающимся между двумя водоупорными слоями. Иногда таких водоносных пластов может быть несколько. Если водоносный горизонт обладает большой мощностью и выше его зеркала находится озеро, пруд или река, то направление течения воды в водоносном горизонте будет проходить по изогнутым линиям, стремящимся к реке.
Напорные, или артезианские, межпластовые воды образуются в том случае, если водоносный горизонт, зажатый между двумя водоупорными, приурочен или к пологой синклинали, или к мульде, или к моноклинали, или еще к каким-нибудь структурам, в которых возможно образование напорного градиента.
Напорный, или гидравлический, градиент:
I = h / l,
где h — превышение одной точки зеркала грунтовых вод над другой, а l — расстояние между ними (рис. 7.8). Напорные воды обладают способностью самоизливаться и фонтанировать, т. к. находятся под гидростатическим давлением. Впервые такие фонтаны воды были получены во Франции в провинции Артезия, поэтому они и стали называться артезианскими. Каждый артезианский бассейн включает в себя области питания, напора и разгрузки. Первая область представляет собой выход на поверхность водоносного слоя, на которую выпадают все атмосферные осадки, питающие этот водоносный горизонт. Область напора заключена между двумя водоупорами — водоупорной кровлей и водоупорным ложем, а место, где водоносный слой появляется на поверхности или вскрывается скважинами, но ниже области питания, называется областью разгрузки.
Нередко в артезианских бассейнах развито сразу несколько водоносных напорных горизонтов, что особенно характерно для артезианских бассейнов в межгорных впадинах, где глубины водоносных горизонтов могут превышать 1500 м.
Рис. 7.8. Артезианские напорные воды: 1 — водоносный горизонт,
2 — водоупорный горизонт, 3 — фонтанирующая скважина, 4 — осадки, h/l — напорный градиент
В платформенных областях, где артезианские бассейны большие, верхние водоносные горизонты до глубин в 200-500 м содержат преимущественно пресные воды, а ниже воды обладают уже высокой минерализацией. В центре европейской части России находится Московский артезианский бассейн, располагающийся в пологой чашеобразной впадине — Московской синеклизе. Водоносные горизонты связаны с
трещиноватыми каменноугольными и девонскими известняками, а водоупорами служат прослои глин. Области питания располагаются на крыльях синеклизы. В девонских карбонатных отложениях на глубинах от 400 до 600 м развиты минеральные воды с минерализацией 2,4 4,5 г/л.
Это всем известная московская минеральная вода. В Московском артезианском бассейне сосредоточены большие запасы пресных и промышленных вод. В отношении всей территории России составлены карты распространения артезианских бассейнов и подсчитаны запасы в них воды, как пресной, так и промышленной и термальной.
Типы источников. Всем хорошо известны выходы подземных вод на поверхность в виде родников и ключей с холодной вкусной водой. Родники появляются там, где происходит разгрузка водоносных горизонтов (рис. 7.9).
Рис. 7.9. Различные типы источников: 1 — воды трещинного типа, 2 — нисходящий,
3 — восходящий, 4 — карстовый. Точки: редкие — пески; частые — водоносный горизонт.
Черным цветом показаны источники
Нисходящие источники чаще всего располагаются недалеко от уреза воды в долине реки, в нижней части склонов оврагов, там, где к поверхности подходят водоупорные горизонты. Источники этого типа связаны как с верховодкой, так и с грунтовыми, а также межпластовыми водами.
Все они характеризуются изменяющимся дебитом вплоть до высыхания в жаркое лето. В источниках нисходящего типа вода изливается спокойно ввиду небольшого угла наклона слоев. Нередко можно наблюдать вдоль берега реки сплошную линию сочащихся подземных вод. Нисходящие источники обычно водообильны, поэтому местами они дают начало ручьям и небольшим речкам, как происходит с карстовыми источниками, вытекающими из пещер или из полостей, образовавшихся в карбонатных породах.
Восходящие источники — это выходы на поверхность в местах разгрузки напорных вод, тогда как сам водоносный горизонт расположен намного ниже. Вода может подниматься вверх по трещинам или тектоническому разлому, особенно когда он пересекает водоупорные слои.
Вокруг минеральных источников, особенно углекислых вод, на поверхности образуется скопление так называемого известкового туфа, или травертина, иногда достигающего нескольких метров мощности. Такие травертины белого, желтоватого или розового цветов известны на г.
Машук в Пятигорске, в районе Кавказских Минеральных Вод. Туф образуется из гидрокарбонатно-кальциевых вод, когда гидрокарбонат Ca(HCO3)2 переходит в СаСО3 при уходе в воздух СО2 — углекислого газа. В травертинах часто находят отпечатки листьев растений, кости древних животных, которые постепенно обволакиваются известковым туфом.
7.3. Подземные воды и окружающая среда
Гидрогеологические процессы, происходящие в верхней части земной коры, тесно связаны с хозяйственной деятельностью человека — водоснабжением, эксплуатацией городских агломераций, обоснованием строительства и т. д. Именно в области прикладной геологии очень важно понимать существо природно-технического взаимодействия, усиливающегося техногенного пресса на геологическую среду. Мировые запасы пресной воды составляют 34 980 тыс. км3, и в России, включая поверхностные и подземные воды, 3 млн км3, причем водопотребление быстро растет.
Одними из важных задач прикладной гидрогеологии являются обоснование водозабора для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а сейчас особенно, и оценка качества воды.
Кажется невероятным, но в России в настоящее время только 1 % воды отвечает нормам, установленным для питьевой воды. Большая часть воды на земле непригодна для питья. Около 70 % пресной воды уходит на орошение, а на производство 1 кг пшеницы уходит 1 м3 воды. Многие регионы, такие как США, Северный Китай, Северная и Западная Индия, Западная Азия, Северная Африка, выкачивают подземную воду гораздо быстрее, чем восстанавливаются водоносные горизонты.
Какое количество воды можно извлечь из данного водоносного слоя? Как при этом изменится уровень грунтовых вод? Какова будет депрессионная воронка и как быстро она сформируется? Какова должна быть ширина зоны санитарной охраны? На все эти вопросы надо дать ответ.
В связи с отбором воды из водоносных горизонтов разного типа изменяется водный режим ландшафтов, происходит изменение растительности, меняются поверхностный сток и напряженно-деформированное состояние водонасыщенных горных пород. Понижение уровня грунтовых вод приводит к угнетению лесов, к осушению и возгоранию летом торфяников, к уменьшению поверхностного водного стока и обмелению небольших рек, эвтрофикации мелеющих озер, оседанию отдельных участков земной поверхности.
Поэтому необходим мониторинг влияния водоотбора на окружающую среду, а также геофильтрационное моделирование потока подземных вод.
Для многих городов характерно подтопление территорий, т. е. повышение уровня грунтовых вод за счет увеличения инфильтрации осадков, утечек промышленных вод, искусственного орошения. Такое подтопление вызывает усиление оползневых явлений, суффозии (вымывания), уменьшение прочностных свойств грунтов. Поэтому необходимо проводить дренаж, чтобы снизить уровень грунтовых вод.
Другая опасность — это техногенное загрязнение подземных вод из атмосферы в виде твердой и жидкой фаз, закачка промышленных стоков, утечки из систем канализации, свалки, нефтепродукты и др. Все это способствует проникновению токсичных веществ сначала в зону аэрации, а потом и в водоносные горизонты (рис. 7.10). Все сказанное выше свидетельствует об уязвимости водоснабжения населения в связи с усиливающимся техногенным загрязнением. Существует еще много очень важных вопросов, касающихся прикладной гидрогеологии.
Отсюда следует очевидный вывод о том поистине жизненном значении, которое приобретает наука о подземных водах.
Рис. 7.10. Загрязнение водоносного горизонта за счет просачивания вод из района свалки:
1 — зеркало грунтовых вод, 2 — направление движения грунтовых вод,
3 — свалка, 4 — дождь, 5 — загрязнение воды
Вода Magazine — Анализ состояния подземных вод и перспективы их использования на территории Новой Москвы
За счет присоединения к Москве 148 тыс. га территории Московской области между Варшавским и Киевским шоссе, сельских и городских поселений, в том числе городов Троицк и Щербинка, площадь российской столицы увеличится в 2,4 раза. В Новую Москву планируется перевести большинство законодательных и исполнительных органов власти, здесь предполагается построить международный медицинский центр и кампусы исследовательских университетов, тут наверняка активизируется жилищное строительство. Естественно, все эти объекты должны быть обеспечены надежным водоснабжением.
Для этого, как свидетельствуют справочно-аналитические материалы Территориального центра государственного мониторинга состояния недр по г. Москве и Московской области, на территории Подмосковья и столицы есть несколько крупных водных источников. Однако при их использовании необходимо учитывать ряд важных моментов.
В настоящее время водоснабжение Московской области практически полностью базируется на использовании подземных вод, доля которых составляет в среднем 90% от суммарного водопотребления. Для целей водоснабжения используются в основном воды каменноугольных отложений, содержащиеся в пяти водоносных горизонтах, из которых на присоединяемой к Москве территории юго-запада Московской области распространены и используются для водоснабжения только три горизонта: подольско-мячковский, каширский и алексинско-протвинский (рис. 1).
Водоотбор в Московском регионе осуществляется более чем из 8000 тыс. скважин, в Москве и области отбирается около 12% подземных вод, добываемых на территории страны.
На территории Новой Москвы величина и плотность водоотбора относительно невысока — 200 тыс. м3/сут., причем 85% водоотбора приходится на подольско-мячковский горизонт, а 70% общей добычи воды осуществляется скважинами небольшой производительности — до 200 м3/сут.
Город Москва, в отличие от области, практически полностью снабжается поверхностной водой, доля подземных вод в водоснабжении Москвы составляет 0,3%. В пределах мегаполиса осуществляется добыча подземных вод в основном для производственно-технического водоснабжения отдельных предприятий, а также шахтный и дренажный водоотлив при эксплуатации метрополитена и строительстве инженерных сооружений.
Общие объемы использования подземных и поверхностных вод для водоснабжения Москвы и области составляют 7,3 млн. м3/сут. Москва потребляет 4,2 млн. м3/сут. (из них 0,07 млн. м3/сут. подземных вод), область — 3,1 млн. м3/сут. (в т.ч. 2,8 млн. м3/сут. из подземных источников). Поверхностные воды из Москвы поста ляются в 8 районов Московской области в объемах 0,3-0,4 млн.
м3/сут., при этом МГУП «Мосводоканал» располагает значительными дополнительными ресурсами поверхностной воды, которые можно использовать для водоснабжения Подмосковья.
По г. Москве и Московской области утвержденные запасы подземных вод составляют 10,1 млн. м3/сут., из них к разведанным (категории А и В) относятся около 60% запасов — 6 млн. м3/сут. Величина стоящих на балансе запасов более чем в три раза превышает фактический водоотбор из скважин, разведанных запасов — более чем в два раза. Обеспеченность запасами подземных вод в среднем по региону составляет 0,6 м3/сут. на 1 человека, при этом по городу Москве она составляет 0,06, а по области — 1,43 м3/сут. на человека. Прогнозные ресурсы пресных подземных вод по Московскому региону составляют 11,3 млн. м3/сут., что соответствует 0,62 м3/сут. на человека.
Если оценить соотношение запасов подземных вод и общего водопотребления подземных и поверхностных вод по г. Москве и Московской области, то общее количество утвержденных запасов подземных вод полностью покрывает современное водопотребление и превышает его в 1,3 раза.
Количество разведанных запасов (категории А и В) составляет 80% от общего потребления воды в регионе.
Прослеживается общая тенденция роста утверждаемых запасов и вместе с этим увеличивается расхождение величин запасов и объемов их использования (рис. 2).
Казалось бы, такое количество оцененных и разведанных запасов и их соотношение с потреблением говорит о благоприятной ситуации в регионе, но на самом деле имеет место серьезное несоответствие этих цифр реальному положению дел.
Запасы подземных вод для водоснабжения Москвы и Московской области оценивались и утверждались в основном более 30 лет назад. Тогда же составлялись проектные схемы размещения эксплуатационных скважин, которые к настоящему времени во многих случаях устарели. В первую очередь это касается месторождений подземных вод нераспределенного фонда недр. Характерно, что к нераспределенному фонду в настоящее время относятся в основном месторождения, разведанные вне пределов крупных городов и находящиеся в наиболее благоприятных гидрогеологических и экологических условиях.
Несмотря на свою природную ценность, площади разведанных месторождений не резервировались, они стали интенсивно застраиваться, использование многих месторождений нераспределенного фонда недр в настоящее время стало практически невозможно. В итоге на территории Московской области не эксплуатируются 82 месторождения подземных вод с запасами 3,2 млн. м3/сут. — почти треть от общего количества запасов. Ярким примером данной ситуации может служить Приокское месторождение подземных вод с объемом утвержденных, но не эксплуатируемых запасов 1,2 млн. м3/сут.
На территории Новой Москвы месторождений нераспределенного фонда недр нет. В первую очередь это обусловлено тем, что гидрогеологические условия данной территории не дают предпосылок для выявления и разведки крупных месторождений — значительная часть территории относится к водораздельным пространствам, где каменноугольные водоносные горизонты перекрыты мощными толщами слабопроницаемых пород, в связи с чем питание подземных вод затруднено, а фильтрационные параметры водовмещающих пород невысоки.
Единственным крупным месторождением на рассматриваемой территории является Деснянский участок — месторождение, разведанное в долине р. Десны. По участку утверждены запасы подземных вод подольско-мячковского горизонта в количестве 62,9 тыс. м3/сут. Деснянский участок в настоящее время эксплуатируется для водоснабжения города Подольска. Водоотбор из скважин, пробуренных на участке, составляет 24-25 тыс. м3/сут.
Действующие водозаборы подземных вод в большинстве своем приближены к водопотребителям и находятся на территориях поселений и предприятий, что обусловлено в первую очередь технико-экономическими факторами. Вместе с этим по всему Московскому региону во многих случаях наблюдаются существенные различия между проектными схемами, принятыми при подсчете запасов, и реально существующими схемами эксплуатации. С момента утверждения основного количества запасов в 70-х — 80-х годах прошлого века многие скважины были ликвидированы, водоотбор перераспределен по площади и водоносным горизонтам, образовались новые недропользователи.
В итоге по многим участкам имеет место как наличие утвержденных, но не используемых запасов подземных вод, так и водоотбор на участках с неутвержденными запасами.
Такая ситуация характерна и для территорий Ленинского и Наро-Фоминского районов, часть которых присоединяется к Москве, а также для находящихся в столичных границах районов Внуково и Толстопальцево. Запасы подземных вод здесь утверждались в 1970 году и в настоящее время требуют переоценки.
Значительная часть территории Новой Москвы относится к землям Подольского района Московской области, по действующим водозаборам которого в 2005 году была выполнена переоценка запасов подземных вод. По Троицкой группе участков недр запасы были утверждены в количестве 41,9 тыс. м3/сут. Утвержденные в 2005 году запасы в целом соответствуют потребности населения в воде и фактическому водоотбору.
В последние годы выполнено много работ по оценке и переоценке запасов подземных вод по участкам одиночных водозаборов отдельных небольших поселков и предприятий.
Однако существует огромное количество скважин, на которые не то что запасы не посчитаны, а даже не оформлены лицензии, в первую очередь это скважины, пробуренные для водоснабжения коттеджных застроек и принадлежащие частным лицам.
Интенсивный водоотбор подземных вод каменноугольных отложений в регионе привел к формированию региональной Московской депрессионной воронки (рис. 3), захватываю- щей большую часть территории Московской области и частично прилегающие к ней Владимирскую, Тверскую и Калужскую области.
В разных эксплуатируемых водоносных горизонтах депрессионные воронки имеет свои границы, которые в последние годы имеют тенденции к расширению. При этом максимальные конфигурация и глубина воронок отмечаются в подольско-мячковском (до 50-80 м) и алексинско- протвинском (до 79-90 м) водоносных горизонтах, что в конечном итоге определяется их водообильностью, фильтрационными параметрами, режимом и интенсивностью эксплуатации. В результате длительной эксплуатации подземных вод каменноугольных отложений уровень в водоносных горизонтах на отдельных участках опустился ниже их кровли с образованием зон безнапорного режима фильтрации.
Гидродинамические возможности водоносных горизонтов весьма различны, они определяются комплексом природных свойств водоносных горизонтов и масштабами техногенной нагрузки — водоотбора.
Наиболее благоприятными гидрогеодинамическим характеристиками и, соответственно, большим ресурсным потенциалом обладают водоносные горизонты верхнекаменноугольного возраста — гжельско-ассельский и касимовский. Эти водоносные горизонты распространены в северо-восточной части Московского региона и на присоединяемой к столице территории юго-запада области отсутствуют.
На рис. 4 и 5 приведены схематические карты, показывающие возможности увеличения водоотбора — гидродинамический потенциал двух основных источников водоснабжения Новой Москвы: подольско-мячковского и алексинско-протвинского водоносных горизонтов.
По предварительным оценкам можно сказать, что в целом по рассматриваемой территории возможности водоносных горизонтов невысоки. Гидродинамические условия характеризуются потенциальным увеличением водоотбора на участках в среднем до 1 тыс. м3/сут. и от 1 до 5 тыс. м3/сут., т.е. здесь возможно создание водозаборов для обеспечения водой небольших и средних поселков, административных центров, предприятий и т.д. На территории городов, входящих в новую территорию Москвы и прилегающих к границам (Троицк, Апрелевка, Подольск, Климовск), возможности увеличения водоотбора практически отсутствуют.
Такая в целом неблагоприятная картина обусловлена в первую очередь высокой существующей эксплуатационной нагрузкой на подземные воды. Подольско-мячковский горизонт является наиболее нагруженным в Московском регионе, за счет чего напоры подземных вод его сработаны, местами ниже кровли. Залегающий глубже алексинско-протвинский горизонт обладает более высокими напорами, но фильтрационные свойства водовмещающих пород его значительно ниже. За счет этого увеличение нагрузки на горизонт приводит к значительным понижениям уровня.
Предварительная оценка потенциала и перспектив использования подземных вод на присоединяемой к Москве территории требует обоснования фактическим материалом поисково-оценочных и разведочных гидрогеологических работ, для решения задач водоснабжения конкретных объектов необходимы уточнение и детализация современной гидрогеологической обстановки и прогнозирование различных вариантов на основе математического моделирования. При выполнении прогнозных расчетов необходимо учитывать гидродинамическое взаимовлияние существующих и проектных водозаборов территории Новой Москвы и смежных районов. Например, каким образом отразится ввод в эксплуатацию новых скважин на положение уровня подземных вод на водозаборах Троицка, Подольска, Апрелевки и других городов и поселков, возможно ли будет дальнейшее освоение Деснянского участка. Учитывая в целом невысокий гидродинамический потенциал водоносных горизонтов на данной территории, такие задачи при планировании использования подземных водоисточников весьма актуальны и требования к точности и обоснованности расчетов высоки. Очевидно, что расчеты целесообразно выполнять с учетом планов развития всей территории Новой Москвы и смежных районов области, и для этого в первую очередь необходимо знать расположение существующих и проектных объектов водоснабжения и потребности этих объектов в воде.
Для решения вопросов освоения ресурсов подземных вод необходимо развитие системы мониторинга геологической среды (подземных вод). В настоящее время на присоединяемой к Москве территории скважин государственной режимной сети нет вообще. По предварительным оценкам, для осуществления мониторинга подземных вод на данной территории необходимо создать 20-25 кустов наблюдательных скважин по 3-4 скважины, глубиной от 10 до 200 м. Расположение наблюдательной сети должно охватывать центры депрессионных воронок, образованных и существующей и прогнозируемой эксплуатацией подземных вод, и участки с незначительным водоотбором, отражающие естественные или слабо нарушенные условия.
Помимо количественных характеристик ресурсов и запасов подземных вод важную роль играет их качество. Подземные воды каменноугольных водоносных горизонтов на территории Московского региона имеют пестрый состав, который варьирует от гидрокарбонатного до гидрокарбонатносульфатного, гидрокарбонатнохлоридного и смешанного.
Минерализация подземных вод в зоне их эксплуатации изменяется от 0,3 до 0,7 г/л, местами возрастая на урбанизированных территориях, и закономерно увеличиваясь с глубиной залегания горизонтов в северо-восточном направлении. Компонентами, существенно ухудшающими качество подземных вод региона, в первую очередь являются: железо, жесткость, альфа-радиоактивность, литий, фтор и стронций (таблица 1).
Среднее содержание железа в эксплуатационных горизонтах в Московской области находится на уровне 0,6-1,0 мг/л (2-3,3 ПДК) и превышает нормативные значения в 50% скважин. Характер распределения железа в подземных водах свидетельствует о преимущественно природном его происхождении, вне зависимости от потенциальных источников техногенного загрязнения, с глубиной концентрации железа в подземных водах уменьшаются. Вместе с тем увеличение концентраций железа приурочено к наиболее промышленно освоенным и заселенным районам. Поэтому, помимо водовмещающих пород, техногенные причины и коррозия скважин могут служить дополнительным источником повышенного содержания железа в подземных водах, накладываясь на природные процессы.
Средняя величина жесткости составляет 7 мг-экв/л и превышает нормативные значения в 30% скважин. Часто превышение ПДК по жесткости на локальных участках обусловлено наиболее интенсивным водоотбором. Общая альфа-радиоактивность воды характеризуется средней величиной 0,1-0,2 Бк/л (0,5-0,1 ПДК) и имеет природное происхождение. В повышенных количествах встречается в среднем в 25% скважин, но как правило, расширенные радиологические исследования воды во всех случаях подтверждают ее безвредность для использования в питьевых целях.
Литий в превышающих ПДК концентрациях обнаруживается в 25% скважин, несмотря на среднее содержание 0,02-0,03 мг/л (0,7-1 ПДК). Основным его источником являются прослои глин и мергелей в водовмещающих карбонатных породах, в которых среднее содержание лития в несколько раз выше кларкового.
Среднее содержание фтора в эксплуатационных горизонтах находится на уровне 0,6-1,2 ПДК и превышает нормативные значения в 10- 30% скважин. Стронций характеризуется средней величиной 1,2-4,6 ПДК и в повышенных количествах встречается в 5-25% скважин.
Наиболее высокие содержания лития, стронция и фтора наиболее характерны для подольско-мячковского, каширского и алексинско-протвинского горизонтов. Ореол повышенных концентраций фтора, стронция и лития охватывает значительную часть региона. Он распространяется на Химкинский, Красногорский, Одинцовский, Наро-Фоминский, Ленинский, Подольский, Домодедовский, Чеховский, Люберецкий, Раменский районы, в т.ч. и практически на всю территорию Новой Москвы. Повышенное содержание этих микрокомпонентов в водах всех водоносных горизонтов на территории области имеет природное происхождение, и источником их повышенных концентраций в подземных водах являются минералы водовмещающих пород. В частично присоединяемых к городу Москве районах Московской области процент встречаемости превышений ПДК по содержанию фтора, стронция и лития в каширском и алексинско-протвинском горизонтах в 2-3 раза больше, чем в целом по Московскому региону. На фоне природных характеристик водоносных горизонтов и комплексов каменноугольных отложений следует отметить их явное техногенное загрязнение на некоторых территориях Московской области (города Люберцы, Химки, Электросталь, Дзержинский, Щелково). Это происходит, прежде всего, в результате привносимого с поверхности загрязнения в процессе работы водозаборов, так как около 80% отбора подземных вод осуществляется в границах промышленной и селитебной застроек, где вероятность поступления загрязнений с поверхности в эксплуатируемые водоносные горизонты наиболее велика. Повышенное содержание аммония, нитратов и окисляемости, как индикаторов антропогенной нагрузки, наиболее сильно ощущается в Балашихинском, Люберецком, Лотошинском и Луховицком районах.
Другим источником некондиционных подземных вод может служить их подтягивание из нижележащих горизонтов, что характерно обычно для водоносных горизонтов нижнего карбона. Эти процессы происходят на участках с интенсивным водоотбором и приводят в основном к увеличению концентрации фторидов и сульфатов. Для менее урбанизированных районов области, какими считаются районы, переходящие к Москве, острота проблемы техногенного загрязнения подземных вод возрастает в том случае, когда в кровле водоносных горизонтов отсутствуют глинистые слабопроницаемые слои, препятствующие проникновению загрязнения с поверхности земли, из грунтовых и поверхностных вод. Поскольку в общем случае водоносные горизонты наименее защищены в долинах рек, загрязнение здесь происходит при поступлении речных вод в эксплуатационный водоносный горизонт на участках расположения водозаборов вблизи рек в условиях хорошей гидравлической связи эксплуатируемого горизонта с рекой. Такие условия характерны для подольско-мячковского водоносного горизонта по долинам рек Пахра и Десна, в т.ч. и для Деснянского участка.
В Московской области водозаборы нередко эксплуатируют одновременно 2-3 водоносных горизонта, располагающихся на разных глубинах. Поэтому основной способ водоподготовки — смешивание добываемой воды в резервуарах водозаборов. В некоторых городах и районах ближнего Подмосковья (Одинцово, Видное, и др.) в последние годы практикуется смешение подземных вод и поверхностной воды из московского водопровода. Смешение вод из различных источников благоприятно влияет на качество воды, подаваемой населению и предприятиям, и зачастую позволяет добиться снижения концентраций всех показателей до нормативных значений без применения дополнительных методов водоподготовки. Однако опыт показывает, что смешивание не защищают людей в случае техногенного загрязнения подземных вод.
Учитывая практически повсеместно не отвечающее питьевым нормам качество подземных вод, одним из рациональных вариантов решения вопроса водоснабжения присоединяемой к г. Москве территории представляется совместное использование подземных вод и воды из системы Мосводоканала. Например, если крупные населенные пункты, такие как Подольск, Климовск, Троицк, Апрелевка, частично перевести на водоснабжение из московского водопровода, то при этом решается вопрос качества воды, и освобождается часть ресурсов подземных вод, которыми можно обеспечивать водоснабжение новых объектов на территории Новой Москвы. Существующие городские водозаборы подземных вод можно использовать как резервную систему водоснабжения.
В качестве одного из вариантов развития водоснабжения Новой Москвы можно рассматривать освоение месторождений нераспределенного фонда недр смежных территорий, например Приокского месторождения на юге области, разведанного с целью создания объединенной системы водоснабжения Москвы и Московской области и обладающего запасами 1,2 млн. м3/сут. качественной питьевой воды.
Фото: novostroy.ru
Журнал «Вода Magazine», №5 (57), 2012 г.
Подземные воды — Региональный совет Горизонтов
Мы полагаемся на подземные воды, чтобы поддерживать нас, орошать наши посевы, поливать запасы и обслуживать потребности промышленности. Обеспечение сохранения или увеличения этого важного ресурса в районах деградации является краеугольным камнем эффективного управления подземными водами. В настоящее время компания Horizons отслеживает качество и количество подземных вод по всему региону, чтобы оценить как состояние, так и тенденции изменения ресурсов.
Наша цель — обеспечить устойчивое управление этим важным ресурсом для удовлетворения потребностей как водопользователей, так и окружающей среды.
Наша роль включает в себя установление эффективных зон управления водными ресурсами, пересмотр лимитов распределения воды и обеспечение того, чтобы забор подземных вод не нарушал минимальный сток рек. Компания Horizons поддерживает сеть мониторинговых скважин для оценки уровня и качества воды в регионе. Мы также участвуем в национальных программах мониторинга качества воды, пестицидов и гербицидов и возраста подземных вод.
Количество воды
Всем водопользователям настоятельно рекомендуется использовать воду как можно более эффективно, и все обладатели согласия должны продемонстрировать эффективное использование воды в рамках любого заявления на забор и использование подземных вод. Чтобы обеспечить устойчивое использование подземных вод, в настоящее время мы отслеживаем водопользование на 281 объекте; и уровень грунтовых вод на отметке 138 руч. и 19автоматизированные сайты. Данные, собранные Horizons, не только помогают нам понять, как используются подземные воды, но и как система подземных вод хранит и транспортирует воду. Это, в свою очередь, помогает нам информировать сообщество о наличии ресурсов подземных вод для будущего развития.
Качество воды
Подземные воды используются для различных целей, включая водоснабжение, орошение, промышленность и бытовое снабжение. Более половины всей питьевой воды поступает из запасов подземных вод области.
Почти вся вода в естественном состоянии содержит некоторые химические вещества, минералы, металлы и/или соли. Протекая через землю, он взаимодействует с окружающими его породами, изменяя свой химический состав.
Местная геология является основным фактором, влияющим на качество подземных вод в нашем Регионе и обусловливающим его вариации от одного места к другому, но на него также влияют источники пополнения запасов воды, такие как дождевые осадки, которые движутся вниз по поверхностным стокам земли.
Скважина подземных вод и разрешения на воду
Район Горизонтов содержит подземные воды, доступ к которым имеют сотни колодцев. Многие из этих колодцев обеспечивают питьевую воду для частных домов, групп домов или поселков и городов. Небольшие заборы подземных вод менее 50 м3/сутки, как правило, не требуют разрешения на забор воды, за исключением случаев, когда использование этой воды может повлиять на другого владельца скважины или привести к неблагоприятному воздействию на окружающую среду. Для более крупных водозаборов (более 50 м3/день) требуется разрешение, и от заявителей может потребоваться предоставление дополнительной подтверждающей информации, которая поможет нам оценить потенциальное воздействие водозабора на поверхностные воды, соседние скважины и на общий ресурс подземных вод. Эта подтверждающая документация может включать испытание эффективности и/или испытание водоносного горизонта (известное как испытание на откачку) или полную оценку воздействия на окружающую среду.
Землевладельцы теперь требуют согласия на строительство новой скважины. Чтобы обеспечить строительство скважин подземных вод в соответствии с национальными стандартами и учет использования подземных вод, все скважины подземных вод зарегистрированы в нашей базе данных. Это помогает нам идентифицировать владельцев скважин, на которых может повлиять любой новый забор подземных вод, и помогает нам защитить скважины подземных вод от ненужного загрязнения.
Полезные документы
localmapspublic/public_water (MapServer)
Просмотр в:
АркГИС JavaScript
ArcGIS Online Map Viewer
ArcGIS Земля
ArcMap
ArcGIS Pro
View Footprint In:
ArcGIS Online Map Viewer
Описание службы: Public LocalMaps — региональный совет Horizons
Вода, недвижимость и базовые данные для общедоступной версии LocalMaps
Скважина подземных вод
Этот слой отображает расположение скважин в области Horizons. Для получения дополнительной информации обращайтесь по адресу [email protected]
Питьевая вода — Зона охраны источника.
Этот слой включает контуры зон охраны источников питьевой воды вокруг источников подземных и поверхностных вод в районе Горизонтов. Он включает защитные зоны вокруг источников, принадлежащих районным советам, которые питают более 500 человек (на 2018 год).
Чтобы оставить отзыв о LocalMaps или данных, представленных в этом средстве просмотра, свяжитесь с нами.
http://www.horizons.govt.nz/contact-us
Импортировано: 22.11.2019Обновлено: 06.11.2020
Сюда входят данные из
1) Региональный совет Horizons www.horizons.govt.nz
2) ЛИНЦ https://data.linz.govt.nz/
3) Stats NZ https://datafinder.stats.govt.nz/
Название карты: Public_Water
Легенда
Все слои и таблицы
Динамическая легенда
Динамические все слои 3
9030302:
- Подземные воды (0)
- Отверстие (1)
- Этикетка отверстия (2)
- ЭСР — Питьевое водоснабжение (3)
- Тип источника (июнь 2017 г.
) (4) - Численность населения (июнь 2017 г.) (5)
- Тип источника (июнь 2017 г.
- Питьевая вода — Точка забора (6)
- Питьевая вода — Зона охраны источника (7)
- Зона защиты источника 1 (8)
- Зона защиты источника 2 (9)
- Зона защиты источника 3 (10)
- Зона защиты источника 3a (11)
- Зона защиты источника 3b (12)
Описание: Public LocalMaps — Региональный совет Horizons
Вода, недвижимость и базовые данные для общедоступной версии LocalMaps
Скважина подземных вод
Этот слой отображает расположение скважин в области Horizons. Для получения дополнительной информации обращайтесь по адресу [email protected]
Питьевая вода — Зона охраны источника.
Этот слой включает контуры зон охраны источников питьевой воды вокруг источников подземных и поверхностных вод в районе Горизонтов. Он включает защитные зоны вокруг источников, принадлежащих районным советам, которые питают более 500 человек (на 2018 год).
Чтобы оставить отзыв о LocalMaps или данных, представленных в этом средстве просмотра, свяжитесь с нами.
http://www.horizons.govt.nz/contact-us
Импортировано: 22.11.2019Обновлено: 06.11.2020
Сюда входят данные из
1) Региональный совет Horizons www.horizons.govt.nz
2) ЛИНЦ https://data.linz.govt.nz/
3) Stats NZ https://datafinder.stats.govt.nz/
Текст авторского права: Creative Commons Attribution 4.0 International
Пространственная ссылка:
2193
(2193)
Кэш одиночной объединенной карты: false
Начальный экстент:
Хмин: 1667862.4012651315
ЮМин: 5449868,905356905
Макс.: 1970247,3484958082
YМакс.: 5741903,267596801
Пространственная привязка: 2193
(2193)
Полный объем:
Хмин: 1748459,4919999996
ЮМин: 5461685.1321
Xмакс.: 1888359,2827000003
YМакс.: 5735960,9224
Пространственная привязка: 2193
(2193)
Единицы: esriMeters
Поддерживаемые типы форматов изображений: PNG32,PNG24,PNG,JPG,DIB,TIFF,EMF,PS,PDF,GIF,SVG,SVGZ,BMP
Информация о документе:
Название: Untitled. aprx
Автор:
Комментарии: Public LocalMaps — Региональный совет Horizons
Вода, недвижимость и базовые данные для общедоступной версии LocalMaps
Скважина подземных вод
Этот слой отображает расположение скважин в области Horizons. Для получения дополнительной информации обращайтесь по адресу [email protected]
Питьевая вода — Зона охраны источника.
Этот слой включает контуры зон охраны источников питьевой воды вокруг источников подземных и поверхностных вод в районе Горизонтов. Он включает защитные зоны вокруг источников, принадлежащих районным советам, которые питают более 500 человек (на 2018 год).
Чтобы оставить отзыв о LocalMaps или данных, представленных в этом средстве просмотра, свяжитесь с нами.
http://www.horizons.govt.nz/contact-us
Импортировано: 22.11.2019Обновлено: 06.11.2020
Сюда входят данные из
1) Региональный совет Horizons www.horizons.govt.nz
2) ЛИНЦ https://data.linz.govt.nz/
3) Stats NZ https://datafinder.stats.govt.nz/
Тема: Информация о воде для региона Horizons
Категория:
Ключевые слова: вода, скважина, питье, источник Поддерживает динамические слои: true
MaxRecordCount: 2000
MaxImageHeight: 4096
MaximageWidth: 4096
Поддерживаемые форматы запросов: JSON, Geojson, PBF
.