В рыхлых осадочных породах водозаборные скважины обычно получают воду из толщ водоносных песков и галечников. В природных условиях эти толщи бывают неоднородны по составу и водопроницаемости, в них встречаются линзы и пласты глин, разобщающие водоносную толщу на отдельные подгоризонты, причем в нижних подгоризонтах вода иногда находится под напором.
Весьма водообильны ледниковые отложения, широко развитые в северных и центральных областях СССР, где они слагают обширные площади междуречных пространств. Ледниковые флювиогляциальные пески местами образуют довольно мощные толщи, а иногда встречаются в виде изолированных линз. Отмечаются надморенные, внутриморенные, межморенные и подморенные пески.
В надморенных песках обычно встречаются грунтовые воды, зеркало которых находится сравнительно неглубоко от поверхности земли. Воды внутриморенных, межморенных и подморенных песков часто напорные. Ледниковые пески имеют непостоянный механический состав, поэтому водопроницаемость и водоотдача их различны.
В северных и северо-западных районах Европейской части СССР наиболее мощные скопления крупнозернистых флювиогляциальных песков отмечаются в озовых образованиях, поэтому бурение разведочно-эксплуатационных скважин на воду на участках распространения озов, камов и других подобных форм ледникового рельефа наиболее перспективно.
В более южных районах большие скопления флювиогляциальных песков встречаются в древних ледниковых долинах, которые часто в современном рельефе выражаются в виде вытянутых понижений. На эти понижения современного рельефа поверхности земли следует обращать внимание при выборе места заложения разведочно-эксплуатационной скважины.
В некоторых районах, например в Белорусской ССР, межморенные и особенно подморенные пески образуют мощные толщи, к которым приурочены водообильные водоносные горизонты, обеспечивающие водой крупные водопроводы.
Во многих областях южной окраины распространения ледниковых отложений флювиогляциальные пески залегают в форме отдельных линз, поэтому очень трудно определить по геоморфологическим признакам участки, благоприятные для заложения разведочно-эксплуатационных скважин. Часто в этих областях для получения небольших количеств воды, целесообразнее соорудить шахтный колодец, чем бурить скважину.
При использовании слабоводообильных водоносных горизонтов небольшой мощности шахтный колодец как водозаборное сооружение по сравнению с буровой скважиной имеет следующие преимущества:
- а) фильтрующая поверхность колодца на единицу длины его приемной части больше, чем на единицу длины приемной части скважины, поэтому при одной и той же глубине вскрытия водоносного слоя приток воды в колодец более обилен;
- б) вследствие того, что сечение колодца больше сечения скважины, забор воды из него может обеспечиваться не только постоянным притоком воды из водоносного горизонта, как в скважине, но и объемом воды, который находится в нем
Междуречные пространства в южных и юго-восточных районах Советского Союза бедны пресными грунтовыми водами. Это обусловлено сухостью климата, развитием лёссовых пород и иногда наличием густой овражной сети, играющей роль дренирующей системы.
Однако в областях, где вблизи поверхности земли залегают толщи песков, как, например, в области развития отложений ергенинской толщи на юго-востоке Европейской части СССР, образуются довольно мощные водоносные горизонты пресных грунтовых вод.
Вследствие близкого нахождения грунтовых вод от поверхности земли климатические условия- являются одним из. основных факторов, определяющих химический состав этих вод. В связи с этим и минерализация грунтовых вод тесно связана с климатической зональностью.
Идея о зональности грунтовых вод, высказанная в конце прошлого столетия В. В. Докучаевым, была затем развита Н. В. Отоцким, В. С. Ильиным, Ф. П. Саваренским, О. К. Ланге, Г. Н. Каменским и другими.
Г. Н. Каменский (1949) предложил подразделить грунтовые воды на территории Советского Союза на два генетических типа: грунтовые воды выщелачивания (обычно пресные) и минерализованные грунтовые воды континентального засоления.
На рис. 8 изображена схема, составленная И. К. Зайцевым и М. П. Распоповым (I960), на которой показано изменение степени и характера минерализации грунтовых вод на территории СССР.
Грунтовые воды выщелачивания приурочены к северным и центральным частям территории СССР, а также к горным районам, климат которых характеризуется повышенной влажностью. Здесь инфильтрация атмосферных осадков преобладает над испарением и состав грунтовых вод формируется под влиянием процессов выщелачивания горных пород.
На Крайнем Севере вследствие усиленного питания и интенсивного движения грунтовых вод водовмещающие породы хорошо выщелачены, из них удалены легко растворимые вещества, поэтому воды характеризуются весьма слабой минерализацией и небольшим сухим остатком (до 100—150 мг/л); состав этих вод гидрокарбонатно-кремнеземный.
К югу в связи с уменьшением влажности климата и меньшей промытостью пород появляются гидрокарбонатно-кальциевые воды с сухим остатком 300—500 мг/л; в самой южной части области распространения вод выщелачивания отмечаются минерализованные сульфатные и сульфатно-хлоридные воды, плотный остаток в которых часто превышает 1000 мг/л.
Изменение химического состава грунтовых вод осложняется в зависимости от местных условий. Даже в северных районах среди пресных грунтовых вод, можно встретить воды с повышенной минерализацией. Такие воды бывают приурочены к изолированным водоносным линзам флювиогляциальных песков, залегающих внутри моренных глин. Наличие в кровле водоносной линзы толщи водоупорных моренных глин затрудняет питание и дренирование вод и поэтому они застаиваются и обогащаются солями.
Наиболее часто участки, в которых грунтовые воды имеют относительно повышенную минерализацию, отмечаются в южных районах области распространения вод выщелачивания. Здесь они приурочены к местам, имеющим затрудненное питание атмосферными осадками и плохо дренируемым местной речной и овражной сетью.
Минерализация грунтовых вод значительно повышается на участках залегания соленосных и загипсованных пород. Подобные участки часто встречаются в области развития пермских пород между Уралом и р. Волгой, а также в южной половине Украины, Ростовской области, Ставропольском и Краснодарском краях.
Таким образом, в области развития грунтовых вод выщелачивания для бурения разведочно-эксплуатационных скважин следует выбирать места, в которых по геоморфологическим и гидрогеологическим данным можно ожидать усиленного обмена этих вод. Наличие вблизи участка глубокой дрены (оврага или долины реки) благоприятно для нахождения слабо минерализованных вод. Чем больше расчленен современный рельеф, тем больше вероятность встретить на возвышенных междуречных пространствах пресные грунтовые воды. Лучшая водопроницаемость водовмещающих и покрывающих их пород также указывает на наличие более пресных вод.
В областях континентального засоления (юго-восток Европейской части СССР, Казахстан, республики Средней Азии) приходная часть баланса грунтовых вод состоит из инфильтрации атмосферных осадков, стока с окружающих возвышенностей и конденсации водяных паров воздуха, проникающего в зону аэрации, расходную же часть в основном составляют испарение и в меньшей мере поглощение влаги растениями. Испарение происходит не только со свободных водных поверхностей и с поверхности земли, смоченной дождями, но также и с поверхности грунтовых вод. Последнее явление тем интенсивнее, чем меньше глубина залегания водоносного горизонта.
Обычно в этих областях испарение превышает величину инфильтрации атмосферных осадков. Особенно это наблюдается в пониженных равнинных территориях с высоким стоянием уровня грунтовых вод. Здесь образуются солончаки, содержащие минерализованные воды хлоридно-сульфатно-натрового состава. На степень минерализации грунтовых вод в областях континентального засоления большое влияние оказывает еще характер водовмещающих пород, которые на больших площадях широко представлены молодыми, плохо промытыми засоленными морскими осадками.
Наряду с минерализованными хлоридно-сульфатно-натровыми водами отмечаются более пресные гидрокарбонатно-натриевые грунтовые воды, где инфильтрационное питание больше испарения. Чаще всего это повышенные участки с расчлененным рельефом поверхности земли или песчаные бугры-барханы, в которых влага накопляется вследствие конденсации паров воздуха, или пониженные территории, заливаемые речными водами во время паводков. Как показано в работе Г. Н. Каменского, И. В. Гармонова и др. (1960), значительное влияние на опреснение грунтовых вод в районах континентального засоления оказывает наличие дренирующей сети, обусловливающей повышенный водообмен и лучшую промытость водовмещающих пород.
Таким образом, в областях континентального засоления наиболее благоприятные участка для получения пресных грунтовых вод приурочены к песчаным возвышенностям и к зонам, прилегающим к рекам.
Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство "Недра", 1968