Классификация подземных вод
- Подробности
Существует множество классификаций подземных вод. В зависимости от назначения подземные воды разделяются по геологическим условиям пролегания, химическому составу, физическим свойствам воды. Мы расскажем лишь о нескольких видах подземных вод, представляющих интерес в отношении организации автономного водоснабжения.
По гидрогеологической ситуации подземные воды подразделяются на несколько видов в зависимости от глубины залегания. Одной из основных предпосылок изучения гидрогеологических условий конкретного географического региона является необходимость обеспечения водой бытовых и промышленных потребностей.
Грунтовые воды.
Первым, наиболее близко расположенным к поверхности земли, является слой грунтовых вод. Происхождением грунтовые воды обязаны осадкам и водоемам, которые расположены на поверхности земли (реки, озера и др.). Просачиваясь сквозь поры и пустоты горных пород, влага достигает водонепроницаемого уровня и накапливается.
Фильтрация данного типа вод происходит естественным образом с помощью пористой структуры пород. Объем грунтовых вод в конкретном регионе зависит от климатических условий. В период весеннего таяния снега или при выпадении значительного объема осадков, масса поверхностных вод повышается. В результате излишняя масса поверхностных вод просачивается сквозь породы, питая и повышая объем подземных грунтовых вод. Глубина залегания грунтовых вод зависит от структуры горных пород данного географического региона, глубины пролегания первого водоупорного слоя.
Артезианские воды.
Более глубоким относительно поверхности земли уровнем залегания характеризуются артезианские воды. Залегают такие воды между двумя водоупорными слоями пород, что способствует образованию гидростатического давления. При вскрытии верхнего слоя, вода в скважине поднимается выше этого слоя, образуется напор артезианской воды. Он может быть различным по мощности в зависимости от глубины залегания и общей массы воды в слое.
Несколько слоев напорных водоносных горизонтов, расположенных на одном уровне, образуют артезианские бассейны. Площадь таких бассейнов может занимать несколько географических регионов.
Артезианская скважина способна обеспечивать питьевой водой практически неограниченное количество времени, так как восполнение воды происходит естественным образом. На сегодняшний день артезианский колодец является самым популярным способом организации автономной системы водоснабжения.
Объем артезианских вод в естественных условиях, без технического вмешательства, является более постоянным, нежели грунтовые безнапорные воды, так как в меньшей степени зависит от климатических условий. Объем артезианских вод не имеет существенного колебания в течение года.
Минерализация вод.
Еще одна классификация, имеющая непосредственное отношение к водоснабжению жизнедеятельности людей, — это классификация по степени минерализации, то есть по содержанию солей, растворенных в воде. На этом основании подземные воды разделяют на пресную, солоноватую, соленую воды и рассолы.
Исходя из наличия в воде газа – азота, сероводорода, углекислоты — различают радоновые, сероводородные, углекислые и другие виды подземных вод. Как правило, эти воды используются в лечебных целях. Места образования таких вод не так распространены, как обычные, пресные воды.
Температурная классификация.
Достаточно интересной, но не имеющей прямого значения в отношении автономного водоснабжения, является классификация по температурному режиму. В регионах длительной, многолетней мерзлоты температура подземных вод приближается к нулевой отметке. В регионах, где периодически возникает вулканическая деятельность или местах выхода гейзеров, температура воды может превышать 100oС. Обычная же температура неглубоко залегающих подземных вод, использующаяся для бытового и промышленного назначения, колеблется от 5oС до 12oС и зависит от климатических и гидрогеологических условий данного региона.
Департамент по недропользованию по Северо-Западному федеральному округу, на континентальном шельфе и в Мировом океане : Подземные воды
При решении вопроса получения права пользования участком недр для геологического изучения, разведки и добычи подземных вод, прежде всего необходимо определить уровень полномочий.
Так в соответствии со статьей 2.3 Закона РФ от 21.02.1992 № 2395-1 «О недрах»
участки недр, содержащие подземные воды, которые используются для целей питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения (далее — питьевое водоснабжение) или технологического обеспечения водой объектов промышленности либо объектов сельскохозяйственного назначения и объем добычи которых составляет не более 500 кубических метров в сутки, а также для целей хозяйственно-бытового водоснабжения садоводческих некоммерческих товариществ и (или) огороднических некоммерческих товариществ относятся к участкам недр местного значения.
Распоряжение участками недр местного значения, а также нормативное регулирование предоставления в пользование данных участков, осуществляют органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации.
Если водообор на участке составляет свыше 500 кубических метров в сутки, или участок недр относится к участкам недр федерального значения в силу расположения в границах земель при пользовании которыми необходимо использование земельных участков из состава земель обороны, безопасности — распоряжение им осуществляют Роснедра и его территориальные органы.
При подаче заявки на получение права пользования участком недр для геологического изучения, разведки и добычи подземных вод в Роснедра и его территориальные органы необходимо руководствоваться требованиями Приказа Минприроды России от 20.12.2020 № 1092, утверждающего Порядок рассмотрения заявок на получение права пользования недрами для разведки и добычи подземных вод, используемых для целей питьевого водоснабжения или технического водоснабжения, на участках недр, не отнесенных к участкам недр местного значения, для геологического изучения участков недр, не отнесенных к участкам недр местного значения, в целях поисков и оценки подземных вод или для геологического изучения участков недр в целях поисков и оценки подземных вод, их разведки и добычи на участках недр, не отнесенных к участкам недр местного значения, осуществляемых по совмещенной лицензии.
Особые случаи:
Порядок предоставления права пользования участками недр для размещения в пластах горных пород попутных вод, использованных пользователями недр для собственных производственных и технологических нужд при разведке и добыче углеводородного сырья, вод, образующихся у пользователей недр, осуществляющих разведку и добычу, а также первичную переработку калийных и магниевых солей, и (или) геологического изучения и оценки пригодности участка недр для размещения в пластах горных пород указанных вод утверждено Приказом Минприроды России и Роснедра от 25.
10.2021 № 790/18.
Скрытые русла рек могут быть ключом к подпитке водоносных горизонтов
Тысячи лет назад, во время последнего ледникового периода, реки текли от гигантских ледников в Сьерра-Неваде вниз к Центральной долине, врезаясь в скалы и прокладывая каналы в то время, когда уровень моря был примерно на 400 футов ниже. Когда ледники отступили, талая вода стекала вниз и засыпала русла рек отложениями.
Эти каналы, оставленные древними реками, скрыты под Центральной долиной Калифорнии. Ученые называют их палеодолинами или отложениями, заполняющими врезанные долины. До 100 футов в глубину и местами более мили в ширину, они заполнены крупнозернистым песком, гравием и булыжником.
Поскольку эти палеодолины обладают высокой проницаемостью, ученые считают их идеальными путями для быстрого просачивания воды вниз и пополнения грунтовых вод. Это делает подземные каналы особенно ценными сейчас в Центральной долине, где сельскохозяйственные колодцы и насосы продолжают снижать уровень грунтовых вод, и где руководители водных агентств ищут участки для сбора паводковых вод, чтобы пополнить истощенные водоносные горизонты, когда в Калифорнии грядут следующие большие наводнения.
Палеодолины — редкие геологические образования в Центральной долине, где большая часть земли покрыта слоями непроницаемой глины и ила, которые препятствуют движению воды вниз. За годы кропотливых исследований ученые собрали воедино данные, чтобы идентифицировать несколько таких областей, но они полагают, что вдоль восточной окраины Центральной долины их может быть дюжина или больше.
В ходе нового исследования ученые впервые составили подробную карту одной из этих палеодолин, расположенных на аллювиальном конусе выноса реки Кингс между Фресно и Сельмой. Управляя вертолетом, оснащенным системой электромагнитной визуализации, они собрали данные, чтобы эффективно заглянуть под землю и нанести на карту то, что, по их словам, является одним из «быстрых путей» для пополнения водоносных горизонтов долины.
«Главный вопрос заключается в том, есть ли эффективный способ найти эти огромные объекты, которые могли бы обеспечить естественную инфраструктуру, необходимую нам для пополнения подземных вод Калифорнии?» — сказала Розмари Найт, профессор геофизики Стэнфордского университета и ведущий автор исследования.
«Нам нужен быстрый, надежный и экономичный способ найти эти пути».
Найт и другие ученые из Стэнфорда сосредоточились на палеодолине, которая начинается у реки Кингс, вверх по течению от Сентервилля, и простирается не менее чем на 29 миль в сторону города Истон, а ее ширина составляет более мили. Работая с соавтором исследования Грэмом Фоггом, почетным профессором гидрогеологии Калифорнийского университета в Дэвисе, ученые составили трехмерную карту палеодолины и подтвердили ее местоположение именно там, где Фогг и его коллеги обнаружили ее в предыдущем исследовании.
Найт сказал, что исследование, которое было опубликовано в четверг в журнале Environmental Research Letters, показало, что бортовая электромагнитная система может эффективно отображать другие крупномасштабные каналы, которые могут служить водными путями для управляемой подпитки водоносного горизонта.
Когда вертолет пролетал над этим районом в 2020 году, под ним болталась большая шестиугольная петля передатчика.
Разработанная в Дании система использует электричество для создания магнитного поля. Когда он парит над землей, система измеряет степень, в которой различные подземные материалы сопротивляются потоку электрического тока. Эти данные обеспечивают поперечное сечение недр до глубины около 1000 футов.
Найт сравнил это с магнитно-резонансной томографией земли или с использованием металлоискателя для поиска подземного металла на основе его электрических свойств.
Хотя практика перезарядки водоносных горизонтов существует уже несколько десятилетий, она приобрела новое значение, поскольку многие районы Калифорнии стремятся соблюдать Закон штата об устойчивом управлении подземными водами 2014 года. Предназначенный для решения проблемы чрезмерного откачивания грунтовых вод, закон требует, чтобы многие местные агентства сбалансировали использование воды с имеющимися запасами к 2040 году. в значительной степени полагаться на откачку подземных вод. По мере того как уровень воды падает, все большее число сельских домовладельцев остаются с сухими колодцами.
В то же время потепление климата усиливает резкие перепады погоды в Калифорнии. По прогнозам, изменение климата не только усугубит засухи, но и приведет к более интенсивным наводнениям.
«Использование паводковых вод для восстановления и подготовки к следующей засухе в будущем просто должно быть неотъемлемой частью нашей стратегии пресноводных ресурсов», — сказал Найт. «Нам нужно подключиться к этой естественной сети путей, чтобы переместить воду вниз и в долину».
Под землей имеется огромное пространство для хранения воды. По оценкам, в Центральной долине было истощено 140 миллионов акров футов воды, что примерно в три раза превышает общую емкость всех поверхностных водохранилищ Калифорнии.
— Если кто-то ищет место для воды, то оно явно под землей, — сказал Фогг. «В условиях изменения климата, когда все больше воды поступает от наводнений и все больше желающих отвести часть этой воды для подпитки, еще важнее знать, куда вы можете направить эту воду и относительно быстро просочиться в нее».
Две другие палеодолины были обнаружены в других местах Центральной долины, в том числе одна возле реки Американ в округе Сакраменто и одна в районе Модесто, сказал Фогг. Он сказал, что скорость инфильтрации воды в округе Сакраменто оценивается в 60 раз выше, чем в других местах в этом районе.
Фогг назвал эти скрытые мини-каньоны «Йосемитскими долинами мест перезарядки» с точки зрения того, насколько они особенные. На этом аналогия заканчивается, потому что палеодолины намного мельче.
Когда будет найдено больше таких специальных мест пополнения запасов, сказал Фогг, менеджеры водохозяйственных агентств смогут не только увеличить пополнение запасов, но и создать заповедники, чтобы свести к минимуму загрязнение, которое может попасть с земли в водоносный горизонт.
«Я всегда чувствовал, что нам надлежит знать, где они находятся, чтобы мы могли использовать их и защищать», — сказал Фогг.
Он сказал, что, по его мнению, главный практический вывод исследования заключается в том, чтобы государство «использовало эти методы, чтобы найти те, которые еще не открыты».
Эрика Гис, журналист и писатель, написала о работе ученых, раскрывающих древние речные русла, в своей книге «Вода всегда побеждает: процветание в эпоху засухи и наводнения». Гис говорит, что они среди новаторов в том, что она называет движением «Медленная вода».
«Они хотят восстановить пространство для замедления воды на суше», — сказал Гис. «Подзарядка палеодолин — это поиск места для замедления воды на суше и движения под землей, чтобы восстановить связь и отношения между поверхностными и грунтовыми водами, в чем на самом деле и состоит медленная вода».
Гис сказала, что технология электромагнитной визуализации «изменит правила игры» для обнаружения большего количества палеодолин, которые, по ее словам, обладают большим потенциалом для перезарядки.
После того, как наука завершена и объекты нанесены на карту, сказал Гис, «затем следует решить, собираемся ли мы выделить эту землю для этой цели? Как это будет работать? Как мы будем доставлять туда воду?»
«Я надеюсь, что лица, принимающие решения в штате и на местном уровне, смогут понять их важность и использовать их для подзарядки», — сказал Гис.
Как только будут найдены оптимальные места для подпитки, агентства могут построить инфраструктуру для перемещения воды в бассейны, где она будет просачиваться в землю. Или они могли бы найти участки на сельскохозяйственных угодьях, где паводковые воды быстро уходили бы в землю.
Палеодолина, нанесенная на карту в ходе исследования, находится под сельскохозяйственными угодьями.
Исследование поможет агентствам работать над планами пополнения запасов подземных вод, сказала Касси Чаухан, исполнительный директор Агентства устойчивого развития подземных вод North Kings.
«Мы намерены поймать как можно больше, когда наступят годы наводнения», — сказал Чаухан.
Она сказала, что исследование даст ей и другим специалистам по водным ресурсам инструмент, «чтобы правильно расположить эти бассейны, чтобы мы получили максимальный потенциал пополнения».
Поскольку колодцы местных жителей в этом районе продолжают пересыхать, стабилизация уровня грунтовых вод является приоритетной задачей, сказала она.
«Чем больше воды мы сможем получить под землей, чем больше мы сможем пополнить водоносный горизонт, тем меньше колодцев пересохнет».
Кения Пастухи ищут подземную воду
Встроить
Поделиться
Кенийские пастухи ищут воду под землей
от VOA
В настоящее время нет доступных медиа-источников
0:00
0:04:51
0:00
Летойе Лероши шли пять дней в поисках воды. Реки в округе Самбуру в Кении высохли после трех лет небольшого дождя.
Затем Лероши, корова пастух , нашла небольшой мокрый участок песка на высохшем дне реки. Он привел группу пастухов на место, чтобы они помогали копать. Они ударили по воде, и юноши запели счастливую песню.
Эта вода, известная как подземная вода, может быть очень полезной в районе, где в течение длительного периода наблюдается недостаток воды или засуха.
Засуха, грунтовые воды
Изменение климата делает засуху более вероятной.
А люди в Восточной Африке и на Африканском Роге не имеют ресурсов для эффективного или широкого использования подземных вод.
Для Лероши и других кенийских пастухов ситуация сложная.
«У нас было тысяч скота четыре года назад, когда мы пережили короткие дожди», — сказал он. «Мы потеряли сотни голов крупного рогатого скота и теперь беспокоимся, что, если дожди снова не пойдут, мы потеряем все».
Лероши и другие пастухи носят оружие, чтобы защитить своих животных от воров.
— Все вокруг тоже вооружены и готовы украсть наш скот, — сказал он.
По оценкам агентства ООН по водным ресурсам, около 400 миллионов человек в Африке не имеют доступа к чистой воде.
Британская некоммерческая группа WaterAid и Британская геологическая служба изучили ситуацию. Они обнаружили, что в Африке достаточно грунтовых вод, чтобы большинство стран смогли пережить по крайней мере пять лет засухи.
В прибрежном городе Дар-эс-Салам в Танзании в 1997 году засуха вынудила людей использовать подземные воды.
То же самое произошло в Кейптауне, Южная Африка, в 2017 году. В Эфиопии колодцев с ручной откачкой работали лучше, чем все другие источники воды во время засухи в 2015 и 2016 годах. водоносные горизонты, которые в значительной степени не используются, говорят ученые.
Мужчины самбуру поят коров в деревне Ком, графство Самбуру, Кения, в субботу, 15 октября 2022 года. Поколения восточноафриканцев используют подземные воды в пустыне, чтобы выжить на выжженных землях, поскольку засухи усиливаются из-за изменения климата. (AP Photo/Брайан Инганга)
Предостережения
Эксперты также предупреждают людей об опасности неправильного использования подземных вод.
Филип Вандера — бывший директор Службы охраны дикой природы Кении, ныне сотрудник Католического университета Восточной Африки. Он сказал, что подземные воды «не являются быстрым ответом на текущую засуху … если вы плохо распоряжаетесь поверхностными водами, это означает, что вы, вероятно, сделаете то же самое с подземными водами».
По данным ООН, только три процента всех обрабатываемых земель в странах Африки к югу от Сахары составляют орошаемый . В нем говорится, что только 5 процентов этой земли орошается грунтовыми водами.
Проекты по разведке и строительству подземных вод невозможны без финансирования.
Агнес Калибата, лидер Альянса за зеленую революцию в Африке, сказала: «Мелкие фермеры, которые составляют большинство производителей продуктов питания на континенте», остро нуждаются в ирригационных технологиях.
«Миллионы людей не имеют достаточного количества безопасной чистой воды для удовлетворения своих повседневных потребностей, не говоря уже о климатическом кризисе», — сказал Тим Уэйнрайт из WaterAid в Соединенном Королевстве. Он добавил: «Правительства вместе с частным сектором должны использовать COP27 для согласования инвестиций в ответственное использование подземных вод», наряду с четкими правилами его использования.
COP27 — конференция ООН по изменению климата, которая проходит в Шарм-эль-Шейхе, Египет.