Проблема пресных подземных вод

В разрезе гидросферы континентальной части земного шара пресная подземная вода занимает самую верхнюю зону, где образует огромные по площади, но местами прерывистые пластовые или линзообразные тела, располагающиеся на более плотных солоноватых подземных водах. В областях избыточного увлажнения или в особо благоприятных структурных условиях мощность толщи пресных подземных вод достигает 2 км, обычно же она значительно меньше.

Пресные подземные воды широко используются для целей питьевого водоснабжения, в сельском хозяйстве для орошения земель и обводнения пастбищ, во всех отраслях промышленности, в коммунальном хозяйстве. Уровень потребления их в разных странах неодинаков.

В США отбор подземных и поверхностных вод в 1970 г. составлял 511 км3, из них на долю подземных вод приходилось 17—20%. Указанное количество соответствует примерно 40% прогнозных эксплуатационных ресурсов этих вод, оценивающихся в 7—8 тыс. м3/с. В 2000 г. отбор подземных вод, согласно опубликованному в 1968 г. докладу Совета по водным ресурсам при президенте США, должен возрасти до 33% от общего потребления пресных вод.

В Австрии ресурсы пресных вод определены в количестве 31 км3/год, потребление их в 1977 г. составило 2,5 км3, в том числе подземных 0,8 км3, или около 2,5% от общих ресурсов.

В Великобритании в 1971 г. потребление пресной воды достигло 6,7 км3, из указанного количества 25% приходилось на подземные воды.

Бельгия свои потребности в пресной воде на 90% удовлетворяет за счет подземных вод. Ресурсы последних оцениваются в.185 км3/год, в том числе эксплуатационные составляют около 0.89 км3. В 1970 г. на водоснабжение расходовалось 0,64 км3, или около 71% от эксплуатационных ресурсов.

В Болгарии, по данным на 1977 г., отбор подземных вод был равен 0,69 км3, или около 20% от эксплуатационных ресурсов.

В 1970 г. в Венгрии расход пресных подземных вод на народнохозяйственные нужды находился на уровне 0,5 км3, в 1985 г. он должен возрасти до 3,15 км3, т. е. увеличиться более чем в 6 раз. Ресурсы подземных вод, пригодных для использования, в 1974 г. оценивались в 5,3—5,8 км3.

Чрезвычайно высокий уровень использования подземных вод характерен для ГДР. Так, в 1975 г. при общем потреблении пресных вод, равном 8,1 км3, 80% указанного количества приходилось на подземные воды. Еще более высокий уровень использования подземных вод (90—99%) отмечался в 1973—1974 гг. в Данни. В связи с таким интенсивным водоотбором водный баланс страны с каждым годом ухудшается.

В Испании в 1976 г. расходовалось 2,2 км3 подземных и поверхностных вод. По разным данным, доля подземных вод в указанном расходе составляла от 25 до 60%. Предполагается, что в 2000 г. общий водоотбор удвоится, причем роль подземных вод в нем снизится (в 2 раза), а поверхностных — возрастет.

Потребность Италии в подземных водах составляет около 6 км3, что соответствует 30% общего количества используемых пресных вод.

В Нидерландах в 1976 г. расходовалось 0,5 км3 подземных вод, или около 60% от общего количества пресных вод. В 2000 г. в связи с предполагаемым увеличением населения до 18 млн. чел. потребность в пресной воде возрастет до 5 км3. Намечается 35—40% этой потребности покрыть за счет подземных вод.

Польша в 1972 г. расходовала на народнохозяйственные нужды 11,6 км3 пресных вод, из них 2,3 км3, или около 20%, приходилось на подземные воды.

В Финляндии доля подземных вод в общем объеме потребления пресных вод в 1971 г. равнялась 30—32% (0,3 км3). Разведанные, пригодные для использования ресурсы подземных вод оцениваются в 1,3 км3, что указывает на наличие значительных резервов этих вод.

В большом количестве пресные подземные воды используются во Франции. Однако данные о потреблении их в общегосударственном масштабе отсутствуют. Отметим лишь, что в водоснабжении Парижа доля подземных вод в 1971 г. составляла 10%, а в Эльзасе — 1,3 км3, или 75% от общей потребности пресных вод.

В ФРГ доля подземных вод в общем объеме потребления пресных вод в 1965 г. составляла 51%, но в 1976 г. снизилась до 30%. К 2000 г. эта цифра увеличится до 33% при планируемом водозаборе 44 км3.

Эксплуатационные ресурсы подземных вод Чехословакии в 1977 г. оценивались в 2,45 км3. В дальнейшем доля подземных вод в общем балансе потребляемой воды будет уменьшаться, что связано с их истощением.

Швейцария в 1977 г. потребности в водных ресурсах на 72% удовлетворяла за счет подземных вод. К 2020—2040 гг., главным образом в результате очистки, доля использования подземных вод снизится до 55%.

Швеция в 1964 г. удовлетворяла свои потребности в водных ресурсах на 30% за счет подземных вод.

Ресурсы подземных вод Индии оцениваются в 425,1 км3, из которых можно использовать 203,6 км3, или 75—80% объема ежегодно восполняемых ресурсов, равных 269,9 км3. Указанные ресурсы расходуются главным образом на орошение земель. В период 1973—1990 гг. подземными водами должно быть орошено около 31—36% поливных площадей, а в 2001—2025 гг. — 36%, что составит 110 млн. га при общей посевной площади 210 млн. га.

В Иране общие ресурсы подземных вод составляют 240 км3, отбор подземных вод для орошения земель равен 8% указанных ресурсов.

Япония свои нужды в пресной воде удовлетворяет главным образом за счет поверхностных вод. По данным на 1977 г. подземные воды использовались для полива 3% орошаемых земель.

В Австралии в 1971 г. для водоснабжения расходовалось 2,5 км3 подземной воды, что составляет около 8% годового подземного стока. Водоснабжение Центральной Австралии, где нет постоянных рек, основано на подземных водах. Для орошения и обводнения 175 млн. га пастбищ в стране построено 700 тыс. буровых колодцев.

Приведенная информация хотя и не является достаточно представительной вследствие ее асинхронности, все же дает общее представление о масштабах отбора подземных вод из недр Земли.

Примерно до 1975 г. Бельгия и Дания на 90% удовлетворяли свои потребности в пресной воде за счет подземных вод, ГДР, Швейцария, Нидерланды — от 60 до 80%, Великобритания, Австрия, Финляндия, ФРГ — от 25 до 35%, США, Япония, Польша — около 20%. В период 1990—2020 гг. намечается дальнейшее увеличение отбора подземных вод, хотя относительная доля их в общем водопотреблении несколько снизится, главным образом в связи с истощением ресурсов.

В Венгрии в 1970—1975 гг. на нужды промышленности расходовалось подземных вод около 15% от общего водопотребления, в Польше 27%, в ФРГ (в 1965 г.) 44%.

В сельском хозяйстве США в 1973 г. доля подземных вод от общего количества пресных вод, используемых для орошения земель и животноводства, составляла 50%. В ФРГ расход подземных вод на орошение составлял около 15%, к 2000 г. он возрастет до 17%. В Польше на нужды сельского хозяйства в 1972 г. расходовалось 22% от общего отбора воды из недр, в 1990 г. эта цифра снизится до 12%; в Чехии в 1975 г. — до 19%, в 2000 г. намечается снижение этой цифры до 4%; в Испании в 1976 г. — 25%, в перспективе предполагается уменьшение отбора подземной воды в 2 раза; в Индии в 1970—1978 гг. — 27—28%, в 1990 г. — 23%, в 2000 г. — 18%; в Иране во второй половине 70-х годов более половины поливных вод добывалось из недр Земли.

В коммунальном хозяйстве в 1970—1975 гг. потребность в воде наполовину обеспечивалась подземными водами. Например, в Польше и Чехословакии доля этих вод составляла 50—55%, в Нидерландах 60%, в Болгарии и Швейцарии до 72%, в ФРГ (1965 г.) 93% и лишь в США она не поднималась выше 35%.

На использовании подземных вод полностью или частично основано водоснабжение таких крупных городов, как Грац (Австрия), Катовице и Лодзь (Польша), Лахти (Финляндия), Брюссель и Антверпен (Бельгия), Базель и Цюрих (Швейцария), Чикаго (США) и т. д.

В перспективе намечается дальнейший рост водопотребления. Большинство стран предполагают в 1990—2000 гг. довести уровень его до 500 л/сут на одного человека в городе и до 200 л/сут — в деревне.

Интенсивное использование подземных вод во многих странах сопровождается истощением их ресурсов и пресная вода становится предметом торговли. Так, например, США покупают эту воду в Канаде, ФРГ — в Швейцарии, Дания — в Норвегии и т. д. Естественно, страны-покупатели предпочитают подземную, ключевую воду.

Исходя из изложенного, истощение подземных вод в дальнейшем будет проявляться еще больше. Это обусловлено прежде всего ростом численности населения земного шара, увеличением числа городов, населенных пунктов и промышленных предприятий.

По данным ООН, в 1965 г. население земного шара составляло около 3350 млн. чел., в 1976 г. око возросло до 4 млрд. чел. Многие ученые считают, что если сохранятся тенденции роста численности человечества, наблюдаемые за последние десятилетия, то к 2000—2010 гг. на земле будет жить 6—6.5 млрд. чел., что даст среднюю плотность населения примерно 50 чел/км2. Считается, что к тому времени 70—90% населения индустриально развитых стран будет жить в городах. Отрицательное значение городов как крупных источников загрязнения природных вод и концентрированного отбора подземных вод, приводящего к их истощению, давно известно и оно может лишь возрастать. Развитию загрязнения подземных вод на больших площадях будет способствовать также широкое использование минеральных удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве.

Значительное количество отбираемой из недр пресной подземной воды и перспективы еще большего ее отбора заставили почти все страны мира, особенно высокоразвитые, уже сейчас ощущающие недостаток пресной воды, усилить гидрогеологическое изучение своих территорий. В результате выполненных за последние 16—15 лет исследований появилось множество публикаций, список которых невозможно поместить в настоящем, ограниченном по объему труде. Анализ указанных публикаций позволяет сделать следующие выводы.

В аридных районах зарубежных стран пресные подземные воды имеют локальное распространение. Они скапливаются в верховьях речных долин, сложенных аллювиальными отложениями, в аллювиально-пролювиальных отложениях конусов выноса и делювиальных шлейфах предгорий, в эоловых песках, где эти воды часто образуют линзы, располагающиеся на солоноватых или соленых подземных водах. Пресные подземные воды отмечены также в краевых частях межгорных впадин, а в горных поднятиях, разделяющих последние, — в трещинах пород коры выветривания. На остальных площадях межгорных впадин первыми от поверхности земли залегают, как правило, солоноватые или соленые подземные воды, образовавшиеся под влиянием испарительной концентрации, пресные воды иногда располагаются под ними.

В платформенных артезианских бассейнах переувлажненных и умеренно увлажненных территорий пресные подземные воды распространены обычно в пределах верхнего гидрогеологического этажа, соответствующего зоне активного водообмена. Однако в некоторых бассейнах, отличающихся высоким положением внешних областей питания, указанные воды часто вторгаются в краевые части бассейнов, где, оттесняя соленые воды, занимают более глубокие зоны. Хорошей иллюстрацией этому служит Восточно-Сахарский район в Северной Африке, в артезианских бассейнах которого осадки, инфильтрирующиеся в области питания, на юге, постепенно отжимали на север более древние и более минерализованные подземные воды. Фронт указанных вод продвинулся к Средиземному морю и в настоящее время проходит южнее его на 150—200 км, причем глубина залегания пресных вод в ряде пунктов превышает 1000 м, а местами достигает 2000 м. Подобные явления отмечены и в некоторых других бассейнах Африки и зарубежной Азии. Они, очевидно, имеются и в Австралии, Америке и зарубежной Европе.

Выявлена важная роль в аккумуляции пресных подземных вод разрывных дислокаций и сопровождающих их зон повышенной трещиноватости пород с высокодебитными родниками. Заложенные в них скважины на воду показывают значительные притоки.

Установлено также, что наиболее благоприятны для скопления крупных запасов подземных вод карбонатные породы, особенно закарстованные, с наличием разрывных нарушений. Отмечается высокая водоносность кайнозойских вулканогенных образований и песчано-гравийно-галечниковых отложений речных долин. Например, в Индии, между реками Чамбал и Амуна, скважины, пройденные в аллювиальных песках, имели удельные дебиты 125— 583 л/с.

Недостаток пресных подземных вод, возрастающая опасность их истощения и загрязнения заставили зарубежных ученых обратить внимание на шельфовую зону морей и океанов, в отложениях которой предполагалось встретить эти воды. Указанная зона, залегая на глубинах до 500 м, окружает материки и простирается от нескольких до сотен километров. Предположение подтвердилось: поисковые работы на воду, проведенные в этой зоне, показали, что здесь под первой водоупорной толщен пород, в результате разгрузки материковых вод, в благоприятных условиях могут формироваться пресные подземные воды, пригодные для целей водоснабжения. Такие воды, в частности, встречены в Южно-Китайском субмаринном бассейне северо-западнее о-ва Хайнань, где минерализация их составляет 1,5 г/л, в Атлантическом океане у берегов Флориды, напротив места впадения в океан р. Делавэр. Здесь эти воды прослежены на расстояние до 100 км от берега. Имеются и другие примеры подобного явления.