Основные проблемы гидрогеологии

Методы исследований в гидрогеологии

Гидрогеология, является частью геологии, тесно связана с циклом естественных и точных наук. Среди методов исследований можно выделить три группы: 1) Полевые; 2) Лабораторные; 3) Расчетные. Полевые методы включают проведение различных гидрогеологических исследований (съемки, бурение и испытание скважин и горных выработок; среди лабораторных методов можно выделить анализ химического и газового состава вод, определение фильтрационных параметров горных пород, моделирование движения подземных вод, откачки, наливы и др.).

Расчетные методы связаны с определением гидродинамических параметров (коэффициенты фильтрации, пьезо- и уровнепроводность и др.), используемых при подсчете запасов месторождений подземных вод. При проектировании разработки с заводнением нефтяных залежей проводятся расчеты допустимых депрессий и совместимости закачиваемых и пластовых вод и др.

 

Основные разделы гидрогеологии

Гидрогеология - комплексная наука, в ней выделились и оформились, как самостоятельные, две группы направлений: 1) теоретическое и 2) методическо-прикладного характера (табл.1).

 

 

Основной фундаментальной проблемой современной гидрогеологии является формирование подземных вод. Это - проблема, состоящая из формирования ресурсов подземных вод и их состава в четырехмерном пространстве. К числу прикладных проблем относятся поиски и разведка месторождений пресных питьевых подземных вод, а также подземных вод, используемых в различных хозяйственных целях: технологические процессы производства, заводнение нефтяных залежей и осушение месторождений полезных ископаемых и др., использование химического и газового состава подземных вод при поисках месторождений полезных ископаемых (нефти, газа, полиметаллов и др.). В последние годы решаются проблемы захоронения промстоков в недра. Таким образом, прикладные задачи гидрогеологии связаны с использованием подземных вод для различных целей. Главной среди них является хозяйственно-питьевое водоснабжение. Огромные ресурсы пресных подземных вод составляют в нашей стране 340 км3 в год. По данным Л.С. Язвина, в 2001 г. использовалось 7,8 км3 в год или 21,4 млн м3 в сутки. Это всего лишь 2,3% от прогнозных ресурсов, что говорит о больших перспективах водоотбора их недр. Существенно также, что защищенность подземных вод от загрязнения обычно значительно выше, чем у поверхностных вод, которые доминируют сейчас в системе централизованного водоснабжения (64%). Важно отметить, что доля подземных вод в этом балансе постепенно растет. Так, 68% городов и крупных поселков снабжаются подземными водами на 90 % и более; 12% городов имеют смешанное водоснабжение за счет подземных вод и поверхностных вод; 20% городов снабжаются преимущественно за счет поверхностных вод. Вместе с тем в ряде регионов (областей) засушливого климата и широкого распространения многолетней мерзлоты наблюдается дефицит пресных подземных вод [3].

Минеральные воды могут оказывать лечебное воздействие на человеческий организм. Известно более ста видов лечебных минеральных вод (углекислотных, сероводородных, радиоактивных и др.), которые применяются как для внутреннего, так и для внешнего пользования. Преобладающее большинство из выделяемых типов минеральных вод установлено на территории нашей страны. В нашей стране разведано 844 месторождения минеральных вод с эксплуатационными запасами 328 тыс. м3 в сутки. На их базе функционируют 220 санаториев, водолечебниц, грязелечебниц, более 100 предприятий по разливу минеральной воды. Несмотря на то, что Россия является одной из богатейших стран в мире по ресурсам и разнообразию минеральных вод, по их потреблению на душу населения мы заметно отстаем от Франции, Италии, Германии, где столовых минеральных вод производят на порядок больше, чем у нас. Наибольшее количество разведанных месторождений минеральных вод (78%) приходится на центральнее районы России и Северный Кавказ. Даже на Камчатке, где известно 270 проявлений минеральных и термальных вод, разведано только 18 из них. Это показывает, насколько велики перспективы разведки и эксплуатации минеральных вод. Такое положение наблюдается не только на Камчатке, но и во многих других регионах нашей страны. Поэтому перспективы деятельности гидрогеологов по изучению минеральных вод весьма обширны.

Вода может рассматриваться как источник химического сырья, из нее могут извлекаться в промышленных масштабах йод, бром, бор, поваренная соль, некоторые металлы, уран и др. С помощью воды проводится подземное выщелачивание месторождений самородной серы, поваренной соли, урана, полиметаллов. При активном участии воды происходит образование и формирование месторождений нефти. Подземные воды играют важную роль в рассеянии и концентрировании химических элементов. Это означает, что их водная миграция имеет решающее значение в создании и разрушении месторождений полезных ископаемых (осадочных, гидротермальных, метаморфических, магматических и др.).

Подземные воды широко используются в теплоэнергетических целях. В 40 странах мира функционируют ГеоЭС, преобразующие тепловую энергию подземных вод в электрическую. Их суммарная мощность в настоящее время достигла 10 тыс.МВт, и, чтобы получить такое количество энергии, добывается 36 тыс. кг/с горячего пара. В России ГеоЭС построены на Камчатке. Паужетская ГеоЭС эксплуатируется с 1966 г., и ее мощность равна 5 МВт. Несколько лет тому назад вступила в строй Мутновская ГеоЭС мощностью 62 МВт. Эти электростанции обеспечивают 37% потребности Камчатки в электроэнергии. Стоимость этой электроэнергии значительно ниже, чем у тепловых электростанций, работающих на мазуте, а стоимость тепла, отпускаемого ГеоЭС, почти в 10 раз меньше, чем теплота от ТЭС, работающих на привозном топливе. Еще шесть месторождений термальных вод с температурой более 900С и ресурсами более 770 кг/с подготовлены для ввода в эксплуатацию. Таким образом, перспективы получения тепла и энергии из недр на Камчатке весьма велики. Они имеются и в других регионах России (на Курильских островах, где функционируют две небольших ГеоЭС, на Кавказе, в Предкавказье и Западной Сибири). В этих районах термальные воды используются пока только для теплоснабжения (парниковое хозяйство, обогрев жилых помещений).

Подземные воды могут оказывать и вредное воздействие. С этими явлениями приходится сталкиваться в районах подтопления жилых зданий, заболачивания и переувлажнения почвы, развития карста, активизации суффозионных и плывунных процессов. Много средств затрачивается на борьбу с подземными водами при разработки месторождений полезных ископаемых. Для осушения горных выработок откачивается более 5 млн м3 в сутки. Много сложных гидрогеологических проблем возникает при гидротехническом строительстве, проходке тоннелей, при возведении и эксплуатации объектов гражданского и промышленного назначения.

Сказанное позволяет получить представление о сложности и разнообразии проблем, которые приходится решать гидрогеологу в процессе его научной и производственной работы. В круг его обязанностей входит также экспертная оценка гидрогеологической обстановки территории, эколого-гидрогеологические исследования, прогнозирование изменений гидрогеологических условий, проведение поисковых и разведочных гидрогеологических работ. От успешного решения указанных задач зависит в той или инной степени жизнеобеспеченность и нормальное функционирование различных сфер человеческой деятельности.

Таблица 1.

Разделы гидрогеологии

а) ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
Название Сущность
1. Общая гидрогеология общие основополагающие сведения и, прежде всего, особенности появления и закономерности распространения воды в недрах Земли
2. Гидрогеодинамика движение, режим и ресурсы подземных вод, гидрогеодинамическое моделирование.
3.Гидрогеохимия закономерности миграции химических элементов и их соединений в подземной гидросфере, состав подземных вод, и его формирование.
4. Гидрогеотермия термические свойства и особенности подземной гидросферы.
5. История ПГ (палеогидрогеология) происхождение подземных вод и их эволюция, геологическая деятельность воды в недрах Земли и ее роль в различных геологических процессах.
6. Региональная гидрогеология гидрогеологические условия различных регионов мира.
б)МЕТОДИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ
1. Методика гидрогеологических исследований методы проведения гидрогеологических исследований (полевые, лабораторные, расчетные).
2. Разведочная гидрогеология изучение месторождений подземных вод, и использование их в водоснабжении, мелиорации, в качестве лечебных, промышленных и теплоэнергетических источников.
3. Инженерная гидрогеология обводнение и осушение месторождений полезных ископаемых, мелиорация земель, проведение строительства инженерных сооружений.
4. Техногенная гидрогеология истощение и загрязнение подземных вод, защитные мероприятия и управление их режимом; эколого-гидрогеологический мониторинг.