Искусственное восполнение запасов подземных вод

В последние годы внимание ученых зарубежных стран все больше и больше привлекает проблема искусственного восполнения запасов подземных вод. Указанная проблема в узком смысле рассматривает возможность перевода части поверхностных вод в подземные с помощью специальных инфильтрационных устройств, а в широком плане она предусматривает решение задачи комплексного регулирования водных ресурсов в рамках крупных естественных бассейнов с целью рационального использования, сохранения и воспроизводства подземных вод как ценного полезного ископаемого.

Искусственное восполнение запасов подземных вод позволяет решать следующие задачи:

— увеличение эксплуатационных запасов месторождений подземных вод;

— восстановление истощенных чрезмерной эксплуатацией водоносных горизонтов и создание оптимальных условий эксплуатации подземных вод;

— создание компактных водозаборов с целью экономии площадей для их размещения и уменьшения затрат на строительство коммуникаций и водозаборных сооружений;

— использование подземных емкостей для искусственного регулирования водопотребления, особенно в районах с недостаточными водными ресурсами;

— улучшение качества подземных вод, используемых для водоснабжения на действующих водозаборах;

— создание заградительных барьеров для охраны пресных подземных вод от вторжения морских, высокоминерализованных, а также загрязненных сточных вод.

Существуют два метода искусственного восполнения запасов подземных вод.

По первому, наиболее распространенному, методу восполнение запасов грунтовых вод осуществляется с помощью открытых инфильтрационных сооружений или через естественные понижения рельефа. К таким сооружениям относятся специально построенные бассейны, траншеи, канавы, котлованы, каналы, а к естественным понижениям — балки, овраги, котловины.

По второму методу восполнение запасов подземных вод осуществляется нагнетанием или закачкой поверхностных вод в водоносный горизонт с помощью закрытых инфильтрацнонных сооружений. Этот метод применяется при глубоком залегании грунтовых вод и при закачке в напорные водоносные горизонты, а также в связи с необходимостью создания барьеров, предохраняющих от проникновения в прибрежные районы соленых вод морей и океанов, а иногда и загрязненных сточных вод.

Разнообразные природные условия определяют различные варианты технических решений для перевода поверхностных вод в подземные. В практике большинства стран применяется метод свободной инфильтрации из открытых сооружений, в связи с тем, что он не требует тщательной предварительной подготовки поверхностной воды и, кроме того, способствует улучшению качества ее в процессе инфильтрации в зоне аэрации. Важным преимуществом этого метода является также и то, что открытые инфильтрационные устройства легко доступны для осмотра и восстановления фильтрационных свойств грунтов и позволяют наиболее полно осуществлять регулирование всей системы искусственного восполнения. К недостаткам указанного метода относятся зависимость его от климатических условий и необходимость использования значительных площадей для размещения инфильтрационных устройств. Наоборот, закрытые инфильтрационные сооружения (скважины, шурфы, шахты, галереи и т. п.) не требуют больших площадей для размещения, но применение их на практике ограничено вследствие высокой стоимости, относительно небольшой емкости и необходимости тщательной предварительной очистки нагнетаемой воды. Даже при небольшой мутности последней (до 5 мг/л) происходит резкое уменьшение дебита поглощения скважин.

Системы устройств для восполнения запасов подземных вод включают водоносный горизонт (или подземную емкость), инфильтрационные сооружения, источник восполнения и водозабор для искусственных и естественных подземных вод. В связи с этим размеры систем восполнения могут колебаться от небольших станций, площадью в несколько гектаров с расходом воды, исчисляемым сотнями кубических метров в сутки до громадных комплексов, охватывающих крупные естественные бассейны с расходом воды, составляющем десятки миллиардов кубических метров в год. Режим работы систем может быть различен. При одном режиме откачка подземных вод и нагнетание поверхностных вод могут осуществляться одновременно, при другом — восполнение ресурсов подземных вод может производиться в наиболее благоприятный для этого период, а извлечение их из недр в период, когда в них будет ощущаться недостаток.

Проблема искусственного восполнения запасов подземных вод рассматривалась на международных конференциях в 1967, 1971 и 1973 гг. На этих конференциях подчеркивалась ее актуальность, особенно в связи с резким истощением в ряде стран ресурсов подземных вод и указывалось, что успешное решение проблемы возможно лишь совместными усилиями гидрогеологов, гидрологов, геохимиков, биологов, экономистов и других специалистов.

Среди многочисленных зарубежных публикаций по проблеме путеводителем может являться аннотированная библиография Г. Кнаппа на 1973 г. Сведения об установках по искусственному восполнению запасов подземных вод приводятся в обзоре Международной ассоциации научной гидрологии.