Практическое значение и охрана подземных вод

Большое практическое значение подземных вод определяется прежде всего их непосредственным использованием в хозяйстве, поэтому подземные воды можно рассматривать в качестве полезного ископаемого наряду с углем, нефтью, газом, рудами. Подземные воды используют, прежде всего, для коммунального, промышленно­го и сельскохозяйственного водоснабжения. Многие крупные города в качестве питьевой воды применяют пресные артезианские воды. В некоторых районах откачка подземных вод широко используется и для орошения.

Запасы и ресурсы подземных вод могут быть подразделены на естественные, искусственные, привлекаемые и эксплуатационные. Естественные запасы — это объем свободной (гравитационной) воды в водоносном горизонте в естественных условиях. Естественные ресурсы — это количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях; они равны сумме всех приходных элементов баланса данного водоносного горизонта (инфильтрация атмосферных осадков, фильтрация из рек, перетекание из смежных водоносных горизонтов).

Искусственные запасы — это объем подземных вод в водоносном горизонте, образовавшийся в результате орошения, подпора водохранилищами, искусственного восполнения подземных вод («магазинирования»). Искусственные ресурсы — это количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях и т. д. Привлекаемые ресурсы — это количество воды, поступающей в водоносный горизонт при усилении питания подземных вод в процессе эксплуатации водозаборных сооружений (возникновение или усиление фильтрации из рек и озер, перетекание из смежных водоносных горизонтов и т. д.).

Под эксплуатационными ресурсами понимают то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления. Эта величина, таким образом, представляет собой производительность водозабора.

Важнейшим условием эксплуатации подземных вод является выполнение комплекса экологических требований: не должен быть нарушен режим близлежащей реки, питание грунтовыми водами почвенно-растительного покрова, соблюдены необходимые природой; охранные меры при строительстве и эксплуатации водозабора и т. д. Запасы подземных вод (синоним — статические ресурсы) выражают в м³ или км³, ресурсы подземных вод (динамические ресурсы) — в м³/с, м³/сут или км³/год.

Естественные ресурсы пресных подземных вод бывшего СССР составляли более 30 000 м³/с (945 км³/год), т.е. около 24% всего речного стока. Прогнозные эксплуатационные ресурсы оценивались приблизительно в 330 км³/год. Более половины из ниц (170 км³/год) формируются поверхностным и подземным стоком в речных бассейнах и являются полностью возобновляемыми. Остальная часть (160 км³/год) не связана с поверхностными водами и определена исходя из условия сработки естественных запасов подземных вод в течение 50-летнего периода эксплуатации.

В настоящее время естественные статические (вековые) запасы пресных подземных вод в России, по данным РосНИИВХа, оцениваются в 28 тыс. км³. В питании рек участвуют в год 788 км³ подземных вод. Эксплуатационные ресурсы подземных вод в России оцениваются в 317 км³/год. Ежегодно на хозяйственные нужды в России откачивается до 12 км³ подземных вод разных типов, используется же около 10 км³ в год (78% — для хозяйственно-питьевого водоснабжения, 20% — для производственно-технического водоснабжения, 2% — для орошения). В 2001 г. в России было использовано около 9 км³ пресных подземных вод.

Большое бальнеологическое значение имеют минеральные и термальные воды. Термальные воды используют также для коммунально-бытовых и промышленных нужд. Проектируются, строятся и уже эксплуатируются первые гидрогеотермальные электростанции (например, на базе Паужетского, Средне-Паратунского и Мутковского месторождений термальных вод действуют ГеоТЭС на Камчатке). Важное практическое значение подземные воды имеют и как компонент питания поверхностных вод — рек и озер. В данном случае подземные воды используются опосредованно в качестве части поверхностных водных ресурсов.

Несмотря на огромные запасы подземных вод и возобновляемость части их ресурсов, существует опасность их истощения и загрязнения. Истощение подземных вод может произойти из-за чрезмерной их откачки. Чрезмерный забор подземных вод на хозяйственные нужды особенно нежелателен в тех случаях, когда эти воды гидравлически связаны с поверхностными (речными) водами. Откачка подземных вод может привести не только к истощению этих вод, понижению их уровня, но и к уменьшению подземного питания рек в межень и, соответственно, к уменьшению стока рек. Чрезмерная откачка подземных вод в городских районах ведет к образованию депрессионных воронок, т.е. к местному резкому понижению уровня грунтовых вод, а также просадке грунта. Загрязнение подземных вод происходит вследствие поступления коммунально-бытовых и промышленных стоков, а также путем просачивания вод в районах свалок. Особенно уязвимы к загрязнению грунтовые воды высокого залегания. Во многих случаях появляется необходимость в разработке мер по контролю и охране подземных вод, в том числе по контролю их санитарного состояния.

Большие возможности комплексного и рационального использования природных вод и их охраны заложены во все шире применяемом в России совместном использовании поверхностных и подземных вод, заключающемся в регулируемом и согласованном водозаборе речных вод и откачке подземных вод, в искусственном восполнении подземных вод и т.д.

Глава 6

ГИДРОЛОГИЯ РЕК

Река — это водоток сравнительно крупных размеров, питающийся атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий четко выраженное сформированное самим потоком русло. К рекам обычно относят лишь водотоки с площадью бассейна не менее 50 км². Водотоки меньшего размера называют ручьями.

Реки — это, как правило, постоянные водотоки, текущие в течение всего года. Однако встречаются реки, которые могут в течение некоторого непродолжительного периода времени перемерзать или пересыхать. Если же водоток пересыхает большую часть года (как, например, сухие долины в пустынях — вади), то такой водоток рекой не считают. К рекам не относятся водотоки, которые не имеют водосбора (как, например, русла, сформированные течениями во время приливов или сгонно-нагонных явлений в приморских районах или на островах). Не являются реками даже крупные водотоки (проливы), соединяющие лагуны с морем. Не могут считаться реками и водотоки с искусственным руслом (каналы).

Единовременно во всех реках земного шара находится в среднем 2115 км³ воды, или всего лишь 0,0002% объема вод гидросферы. Несмотря на такой малый объем речных вод роль рек как путей сосредоточенного стока в круговороте вещества и энергии на земном шаре очень велика. Реки связывают между собой материковое и океаническое звенья глобального круговорота воды на Земле (см. разд. 3.1).

Крупнейшему русскому климатологу А.И. Воейкову принадлежит выражение «реки — продукт климата». В этом определении подчеркивается ведущая роль климатических условий в формировании рек и их режима. Вместе с тем не следует забывать, что и другие компоненты природной среды (рельеф, почвы и растительность, геологическое строение и др.), а также хозяйственная деятельность человека влияют на режим рек и формируют их природный облик.

Если, по образному выражению географов, вода — это кровь ландшафта, то реки — это кровеносная система ландшафта, переносящая вещество и энергию и преобразующая сам ландшафт.

В этой связи важнейшее значение приобретает понятие «сток». Сток в широком смысле (как его понимал известный гидролог С.Д. Муравейский) — это процесс стекания воды с водосборов вместе с содержащимися в ней веществами и теплотой. Поэтому речной сток — важнейший элемент материкового звена глобального круговорота воды и веществ, а также мощный геологический агент, главнейший фактор, определяющий взаимосвязь между различными объектами суши и гидросферы.