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.
запасы, добыча, значение и проблемы — Природа Мира
Содержание
- Запасы
- Образование
- Значение
- Проблемы
Подземные воды – это все воды, находящиеся под поверхностью Земли, где они занимают пустоты в почвах или геологических пластах. Они пополняются за счет дождя, тающего снега и другой воды, которая просачивается через почву, песок или трещины на дорогах.
Запасы
Подземные воды составляют около 20% от мировых запасов пресной воды, и около 1% от всей гидросферы Земли, включая всю океаническую воду и ледники.
Ученые говорят, что Земля может быть не единственной планетой в Солнечной системе, содержащей подземные воды. Возможно, они давно существуют на Марсе. Подземные воды могут также быть на Европе, шестом спутнике Юпитера.
Крупнейшим скоплением подземных вод является Западно-Сибирский артезианский бассейн, площадью 3 млн. км². Водоносные слои в нем начали образовываться еще в мезозойской эре.
Образование
Подземные воды отличаются от поверхностных вод, которые встречаются в больших объектах гидросферы, таких как океаны, моря, озера, или реки. Как поверхностные, так и подземные воды связаны через гидрологический цикл (непрерывный круговорот воды в природе).
Большинство подземных вод образуются от осадков. Они проникают ниже поверхности земли в почву. Когда почвенная зона становится насыщенной, вода просачивается ниже. Зона насыщения находится там, где все пустоты заполнены водой. Существует также зона аэрации, где пространство частично занято водой и частично воздухом.
Подземные воды продолжают спускаться ниже, пока, на некоторой глубине, они не достигнут горной породы. Вода накапливается в порах и трещинах, и образует водоносный горизонт, также называемый аквифером. Процесс осаждения, благодаря которому увеличиваются объемы подземных вод, известен как подпитка. В общем, подпитка происходит только во время сезона дождей в тропическом климате или зимой в умеренном климате. Как правило, от 10 до 20% осадков попадают в водоносные горизонты.
Подземные воды постоянно движутся. По сравнению с поверхностными водами это происходит очень медленно. Фактическая скорость движения зависит от пропускной способности и объема водоносного горизонта. Естественный отток грунтовых вод происходит через источники и русла рек, когда давление грунтовых вод выше атмосферного давления вблизи поверхности земли. Внутреннюю циркуляцию нелегко определить, но вблизи уровня грунтовых вод среднее время круговорота воды может составлять год или меньше, тогда как в глубоких водоносных горизонтах этот процесс длится тысячи лет.
Значение
Подземные воды играют жизненно важную роль в развитии засушливых и полузасушливых зон. Они способны поддерживать огромные сельскохозяйственные, и промышленные предприятия, которые иначе не могли бы существовать. Особенно удачным является то, что водоносные горизонты, предшествующие образованию пустынь, с течением времени не подвергаются воздействию засушливости.
Чтобы вывести грунтовые воды из-под земли на ее поверхность, ученые и инженеры используют специальные добывающие скважины.
Некоторые подземные воды растворяют вещества из горных пород и могут содержать следы древней морской воды. Однако большинство подземных вод не содержат патогенных организмов, и очистка для хозяйственного или промышленного использования не требуется. Кроме того, запасы подземных вод не подвержены серьезному воздействию коротких засух и доступны во многих областях, которые не имеют надежных источников поверхностных вод.
Проблемы
Ученые беспокоятся о проблемах, которые возникают при использовании слишком больших объемов подземных вод для повседневной жизни, в том числе дома, бизнеса и сельского хозяйства.
Одна из проблем заключается в том, что эти воды все больше и больше удаляются от поверхности Земли. Люди используют подземные воды быстрее, чем дождь или таяние снега могут пополнить водоносные горизонты. Это означает, что необходимо глубже производить бурение, чтобы добраться до источника.
Это может показаться не очень важным, но когда грунтовые воды настолько далеки, почва и глина, составляющие поверхностный слой Земли, подвергаются напряжению и становятся слабыми. В конце концов, может упасть слабая поверхность и образоваться воронка. Воронки являются серьезной проблемой и встречаются в районах, где происходила добыча глубоких подземных вод.
Гугломаг
Спрашивай! Не стесняйся!
Задать вопрос
Не все нашли? Используйте поиск по сайту
Search for:
Использование подземных вод в Соединенных Штатах
• Водная школа HOME • Темы подземных вод • Темы использования воды •
Подземные воды служат многим целям
Пресные подземные воды использовались для многих важных целей, при этом наибольшее количество приближалось к 9003 орошения сельскохозяйственных культур , таких как вкусные баклажаны, кабачки и брюква, которые дети любят есть на ужин.
Местные городские и районные управления водного хозяйства изымают много подземных вод на протяжении 9 лет.0003 общественное использование , например, для доставки в дома, на предприятия и в промышленность, а также для общественного использования, такого как пожаротушение, водоснабжение в общественных зданиях и для того, чтобы местные жители были довольны, поддерживая общественные плавательные бассейны полными воды. Промышленные предприятия и горнодобывающие предприятия также использовали много подземных вод. Большая часть воды используется для самообеспечения хозяйственно-бытовых (люди, которые снабжают себя водой, как правило, из колодца) и животноводческих целей поступил из источников подземных вод.
Источники/использование: общественное достояние.
На этой диаграмме используется схема «цилиндр и труба», чтобы показать источник (поверхностные воды или подземные воды) пресной воды в стране и для каких целей вода использовалась в 2015 году.
Данные разбиты по каждой категории использования поверхностных вод. и подземные воды как источник.
Данные округлены и представлены в миллионах галлонов в день ( Мгал/д ).
Верхний ряд цилиндров показывает, откуда поступала пресная вода в Америку (источник) в 2015 году, либо из поверхностные воды (синий) или из грунтовые воды (коричневый). Вы можете видеть, что большая часть воды, которую мы используем, поступает из поверхностных источников, таких как реки и озера. Около 26 процентов используемой воды поступает из подземных вод. Трубы, выходящие из цилиндров поверхностных и подземных вод в верхнем ряду и впадающие в нижние ряды цилиндров (зеленые), показывают категории водопользования, куда вода направлялась после забора из реки, озера, водохранилища или водохранилища. хорошо.
Например, синяя труба, выходящая из цилиндра поверхностной воды и входящая в 9Цилиндр 0003 общественного снабжения показывает, что 23 800 Мгал/день воды было взято из поверхностных источников для общественных нужд (вероятно, таким образом вы получаете воду).
Аналогичным образом, коричневая трубка показывает, что государственные поставщики забрали еще 15 200 Мгал/день воды из источников подземных вод.
Каждый зеленый цилиндр представляет категорию использования воды. Промышленный цилиндр , например, показывает, сколько грунтовых вод, поверхностных вод и общего количества воды ежедневно использовалось в Соединенных Штатах промышленностью.
Как видите, несмотря на то, что страна использует гораздо больше поверхностных вод, чем подземных, подземные воды имеют большое значение для некоторых категорий. Почти вся хозяйственно-питьевая вода поступает из подземных вод; более 40 процентов из оросительных вод составляли подземные воды; и больше подземных вод, чем поверхностных, было использовано на скота целей.
Забор подземных вод по штатам, 2015 г.
Из общего объема забора пресных подземных вод по стране (82 300 Мгал/день) на орошение приходилось 70 процентов, в основном в Калифорнии, Арканзасе, Небраске, Айдахо и Техасе.
Забор пресных подземных вод для орошения в этих пяти штатах в совокупности составил 46 процентов от общего забора пресных подземных вод для всех категорий по всей стране. Почти все заборы подземных вод (97 процентов) были из пресной воды, преимущественно используемой для орошения. Забор подземных вод с солевым раствором преимущественно использовался для добычи (80 процентов) и имел место в Техасе, Калифорнии и Оклахоме. Для орошения использовалось более чем в три раза больше пресной подземной воды, чем для общественного водоснабжения, что было следующим по величине использованием пресной подземной воды в стране.
Источники/использование: общественное достояние.
Источники/использование: общественное достояние.
Забор подземных вод в США, 1950–2015 гг. (Данные указаны в миллиардах галлонов в день (Бгал/день)
| Год | Свежий | Солевой раствор |
| 1950 | 34 | (с) |
| 1955 | 47 | 0,6 |
| 1960 | 50 | 0,4 |
| 1965 | 60 | 0,5 |
| 1970 | 68 | 1 |
| 1975 | 82 | 1 |
| 1980 | 83 | 0,93 |
| 1985 | 73,4 | 0,66 |
| 1990 | 79,4 | 1,30 и |
| 1995 | 76,4 а | 1. 11 |
| 2000 | 84,3 и | 2,47 а |
| 2005 | 78,9 | 1,51 |
| 2010 | 75,9 и | 2,22 и |
| 2015 | 82,3 | 2,34 |
a Данные пересмотрены из Maupin and others (2014) в связи с пересмотром данных по отдельным штатам за промежуточные годы
(c) Данные отсутствуют
Источники/использование: общественное достояние.
Хотите узнать больше об использовании подземных вод в США? Следуйте за мной на веб-сайт Геологической службы США по использованию подземных вод!
Хозяйственное использование подземных вод | Encyclopedia.com
Подземные воды являются одним из самых ценных природных ресурсов человека.
Подземные воды — это вода, содержащаяся в горных породах и слоях почвы под поверхностью Земли, и они составляют большую часть запасов пресной жидкой воды на Земле. (Океаны и льды Северного и Южного полюсов содержат 99% от общего запаса воды на Земле. Подземные воды составляют почти весь оставшийся 1%.) На протяжении всей истории люди селились в районах с обильными и чистыми подземными водами и боролись за владение и защиту колодцев и родников. Сегодня потребности человека в воде во многих засушливых (засушливых) или густонаселенных регионах намного превышают запасы поверхностных вод. Быстрорастущее население Земли все больше зависит от подземных вод.
Подземные воды заполняют колодцы и городские водопроводы. Подземные воды орошают (поливают) посевы, кормят скот и выращивают рыбу, выращиваемую на фермах. Подземные воды используются для охлаждения ядерных реакторов, которые вырабатывают электроэнергию, смешивают бетон и производят миллионы потребительских товаров. Короче говоря, подземные воды играют жизненно важную роль почти во всех аспектах жизни людей, от питьевой воды, продуктов питания и продуктов, которые люди покупают, до дорог и зданий, в которых люди живут и работают.
Резервуары подземных вод: водоносные горизонты
Вода попадает в подземные резервуары, впитываясь через почву, русла ручьев и пруды в зонах, называемых зонами подпитки. Вода течет, часто очень медленно, через взаимосвязанные поры (крошечные отверстия), а затем снова выходит на поверхность земли в местах естественного стока, называемых родниками и просачиванием. Когда расход воды из природных источников и/или колодцев превышает норму
скорость пополнения, уровень грунтовых вод падает, неглубокие колодцы и родники пересыхают, и, в конце концов, водохранилище опустошается. Многие резервуары подземных вод, особенно под засушливыми пустынями и полузасушливыми пастбищами, были заполнены водой много веков назад, когда региональный климат был более влажным.
Резервуары подземных вод, которые дают воду для использования человеком, называются водоносными горизонтами. Отчасти экономика человека определяет, какие водоносные горизонты используются в качестве водоносных горизонтов.
В регионах, где чистых поверхностных вод много и они недороги, подземные воды могут остаться неиспользованными. В засушливых районах с дефицитными или загрязненными поверхностными водами, а также в местах, где потребности человека в воде превышают запасы воды в ручьях и озерах, добыча и очистка подземных вод становятся экономически выгодными. Когда условия меняются, например, в периоды засухи (длительная засушливая погода) или увеличения прироста населения, используются новые запасы подземных вод, тем самым повышая их статус до водоносного горизонта.
Колодцы
Помимо сбора подземных вод из родников, люди добывают воду из водоносных горизонтов путем рытья или бурения колодцев, которые простираются от поверхности земли до уровня грунтовых вод, ниже которого все пустое пространство в скалах и почве полностью заполнено воды (насыщенной). Когда колодец достигает уровня грунтовых вод, грунтовые воды заполняют отверстие, как вода заполняет яму, вырытую в песке на пляже. Во влажных регионах уровень грунтовых вод может находиться всего в нескольких футах (метрах) от поверхности.
В засушливых регионах глубина скважин подземных вод часто составляет сотни футов (метров). Большинству колодцев требуется ковшовая система или насос для подъема воды на поверхность земли. Однако некоторые водоносные горизонты содержат подземные воды под давлением, которые сами по себе выходят на поверхность земли. Такие безнапорные выходы подземных вод называются артезианскими колодцами и родниками.
Есть несколько способов построить колодец. Некоторыми распространенными типами колодцев являются ручные, забивные и буровые колодцы.
- Колодцы, вырытые вручную: Исторически сложилось так, что колодцы выкапывались в почве и даже в скале вручную. Копатели колодцев лопатами или кирками копали яму ниже уровня грунтовых вод, вычерпывая воду быстрее, чем она текла в колодец. Когда колодец был готов, его строители укрепили его стены и снабдили системой ведер или насосом для подачи воды на поверхность. Колодцы, вырытые вручную, по-прежнему регулярно строятся во многих частях мира, но они редко встречаются в развитых странах, таких как Соединенные Штаты.
- Забивные колодцы: Забивные колодцы строятся путем забивания или забивания узкой трубы в мягкий грунт. Эти колодцы недороги и могут достигать очень глубоких водоносных горизонтов, но их можно использовать только в районах с рыхлой почвой или отложениями (частицами песка, гравия и ила).
- Бурение скважин: Сегодня большинство скважин на воду бурят с помощью роторных (токарных) или ударных (ударных) машин, которые устанавливаются на большие грузовики. Пробуренные скважины, проникающие в сыпучий материал, футерованы пластиковой или металлической трубой, называемой обсадной трубой, которая предотвращает обрушение стенок скважины. На дно скважины устанавливается электрический насос, который поднимает воду на поверхность.
Биолокация
Подземные воды бывает трудно найти. Сегодня гидрогеологи используют научные методы для определения местонахождения водоносных горизонтов и скважин с продуктивной водой. Водоносные горизонты могут быть чрезвычайно сложными, а модели потоков подземных вод трудно предсказать, и гидрогеологи нередко бурят сухие скважины.
В прошлом искатели воды консультировались с духовными разведчиками, которых называли лозоходцами или водными ведьмами.
Лозоходцы исповедуют особые способности, которые позволяют им ощущать или предугадывать воду под землей. Пока гидрогеолог ищет подземные воды, проводя измерения, делая наблюдения и рисуя карты, лозоходец прогуливался по земле клиента, держа в руках металлический или деревянный Y- или L-образный лозоход или маятник. Говорят, что когда вода присутствовала, стержень или маятник притягивались к воде под ним. Некоторые лозоходцы даже утверждали, что их лозоходцы определят местонахождение грунтовых вод на картах поверхности земли.
Практика биолокации уходит своими корнями в Древний Египет и Китай, а первое опубликованное упоминание о ней появилось в 1430 году. Ранние лозоходцы и водные ведьмы, вероятно, полагались на сочетание духовного руководства и проницательных научных наблюдений за особенностями стока подземных вод, такими как родники, выходы и узоры растительности для обнаружения подземных вод.
Подобно знахарям в древних культурах, лозоходцы использовали все доступные инструменты, включая научные знания, чтобы помочь своим клиентам решить проблемы. Таким образом, современные гидрогеологи, возможно, являются их ближайшими профессиональными потомками.
Современные лозоходцы заявляют, что находят воду исключительно благодаря своим духовно усиленным экстрасенсорным способностям. Они утверждают, что подземные воды имеют магнитное поле, которое притягивает их лозоходные стержни, теория, которая никогда не была научно доказана. Лозоходцы успешно обнаруживают грунтовые воды, но без сведений о местной системе грунтовых вод их результаты статистически не лучше результатов случайного бурения скважин.
Историческое использование подземных вод
Люди в засушливых регионах, таких как Северная Африка, Ближний Восток и Центральная Азия, на протяжении тысячелетий полагались на подземные воды для обеспечения питьевой водой и орошения сельскохозяйственных культур.
Археологи обнаружили остатки вырытых вручную колодцев, оазисов (участков в пустыне с источником воды) поселений и систем распределения подземных вод по всему древнему миру.
Люди пили воду из родников подземных вод в оазисе Бахария в пустыне Сахара на западе Египта с раннего каменного века (палеолита) более миллиона лет назад.
Знания о запасах подземных вод и технологиях добычи были критически важной информацией для древних пустынных империй, таких как Месопотамия, Шумер и Египет. Кочевники (бродячие племена) в пустынях Сахары и Аравии полагались на яростно охраняемые знания о родниках и просачиваниях подземных вод, чтобы выжить. Египтяне, жители Месопотамии и китайцы, которые первыми занялись сельским хозяйством, вырыли колодцы, чтобы обеспечить орошение водоемких культур, таких как рис и хлопок, и питьевую воду для постоянных поселений. Наличие подземных вод повлияло на модели завоеваний и поселений в греческой и римской империях. Европейские исследователи искали подземные воды, а белые поселенцы выкапывали колодцы, которые поддерживали поселение и сельское хозяйство по всей Северной и Южной Америке.
Современное использование подземных вод
В настоящее время люди используют подземные воды для сельскохозяйственного орошения, промышленных процессов, коммунального (городского) и бытового (домашнего) водоснабжения.
В Соединенных Штатах на подземные воды приходилось около четверти (26%) общего водопотребления в 2000 г. (поверхностные пресные воды составляли остальные 74%). Однако использование подземных вод зависит от местоположения, и многие жители США и отрасли промышленности почти полностью зависят от воды, забираемой из региональных водоносных горизонтов. Более одной трети США». 100 крупнейших городов, включая Майами-Бич, Сан-Антонио, Мемфис, Гонолулу и Тусон, получают всю воду из водоносных горизонтов. Почти все сельские домохозяйства (98%) берут воду из частных колодцев.
Фермеры и владельцы ранчо в штатах Среднего Запада и Запада интенсивно используют грунтовые воды для орошения сельскохозяйственных культур. На востоке и юге США большая часть питьевой и сельскохозяйственной воды поступает из озер и ручьев, но в промышленности используются огромные количества подземных вод для таких видов деятельности, как переработка нефти, алюминия и других руд; производство стали и химикатов; производство пластмасс; и добыча полезных ископаемых.
Аквакультура (рыбоводство) является крупным бизнесом и значительным потребителем подземных вод в юго-восточных штатах, таких как Миссисипи, Алабама и Луизиана.
В Соединенных Штатах грунтовые воды особенно важны в засушливых и полузасушливых сельскохозяйственных штатах в западной половине страны. В штатах с интенсивным сельским хозяйством, таких как Калифорния, Орегон и Техас, для орошения продовольственных культур используется большое количество грунтовых вод. Животноводство также сильно зависит от запасов подземных вод в таких штатах, как Техас, Небраска, Канзас и Колорадо. Вода, забираемая из колодцев, не только наполняет поилки, но и орошает обширные участки пахотных земель на Среднем Западе, где выращивают корма для крупного рогатого скота, птицы, свиней и рыб. Мясокомбинаты также нуждаются в воде. (Потребуется около 13 галлонов [49литров] воды для производства 1 фунта (0,45 кг) говядины, и около 4 галлонов [15 литров] воды уходит на производство 1 галлона [3,8 литров] молока!)
Лори Дункан, доктор философии, и Тодд Майнхардт, доктор философии.