СПРАВОЧНИК ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И БУРЕНИЮ СКВАЖИН НА ВОДУ (СССР 1983г., резидент – Белецкий А.С.)
Содержание справочника по проектированию и бурению скважин на воду
Глава 4. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ
19. Классификация подземных вод
По Г.Н. Каменскому, в формировании пресных подземных вод основная роль принадлежит инфильтрации атмосферных вод. В зависимости от различных геолого-литологических и физико-географических условий, в которых происходит инфильтрация, могут формироваться подземные воды следующих основных типов.
I. Грунтовые воды выщелачивания в условиях достаточно влажного климата.
II. Грунтовые воды в засушливых районах при интенсивном испарении.
III. Артезианские воды:
1) с благоприятными условиями питания и стока; 2) с крайне замедленным стоком или бессточные.
По условиям залегания и характеру водовмещающих пород подземные воды подразделяются на следующие группы:
а) поровые – в рыхлых отложениях; б) пластовые – в пластах горных пород; в) трещинные – в горных породах, пронизанных трещинами; г) трещинно-жильные – в зонах тектонических нарушений; д) трещинно-карстовые – в трещинах и карстовых полостях закарстованных пород.
По гидрогеологическим показателям подземные воды делятся на напорные (уровень устанавливается выше глубины вскрытия) и безнапорные.
По температуре подземные воды подразделяются на семь видов (табл. 16).
Таблица 16
Классификация подземных вод по температуре (по О.А. Аленину)
Вид воды | Температура воды, ~С |
Исключительно холодные | (0 |
Весьма холодные | 0-4 |
Холодные | 4-20 |
Теплые | 20-37 |
Горячие | 37-42 |
Весьма горячие | 42-100 |
Исключительно горячие | )100 |
По степени минерализации подземные воды разделяются по суммарному содержанию присутствующих в воде веществ, характеризуемому сухим остатком в граммах на 1 л воды (табл. 17).
Таблица 17
Степень минерализации подземных вод (по В.А. Приклонскому)
Вид вод | Содержание сухого остатка, г/л | Содержание ионов, мг на 100 г | Плотность, г/см | Преобладающий тип воды |
Пресные | (1 | До 3 | 1-1,0005 | Гидрокарбонатно- кальциевый |
Слабоминерализованные (слабосолоноватые) | 1-3 | 3-9 | 1,0005-1,0015 | Сульфатный, реже хлоридный |
Среднеминерализованные (солоноватые и сильносолоноватые) | 3-10 | 9-30 | 1,0015-1,0050 | Сульфатный и хлоридный |
Минерализованные (соленые) | 10-50 | 30-150 | 1,0055-1,0283 | То же |
Рассолы | )50 | )150 | )1,0283 | Хлоридно-натриевый |
По активной реакции pH подземные воды делят на:
сильнокислые | 3,5 |
кислые | 3,5-5,5 |
слабокислые | 5,5-6,8 |
нейтральные | 6,8-7,2 |
слабощелочные | 7,2-8,5 |
щелочные | )8,5 |
Общая схема классификации подземных вод приведена на рис. 3 .
Рис. 3. Общая схема классификации подземных вод
Каждая из приведенных классификаций подземных вод в той или иной степени используется при проектировании разведочно-добывающей скважины, так как она конкретно указывает проектировщику, на какую глубину, какой конструкции необходимо запроектировать скважину и какие насосы предусмотреть (напорные или безнапорные) в зависимости от характера вод.
В зависимости от величины сухого остатка (солесодержания), жесткости, количества железа и фтора проектировщик прежде всего предусматривает в проекте состав и вид очистки подземной воды для доведения ее до питьевого качества.
Где могут применяться?
Подземные воды составляют 30% от общих запасов воды на планете.Их преимуществами является лучшая защищенность от загрязнения, чем у источников на поверхности планеты и они мало подвержены сезонным колебаниям.
В мировом масштабе их эксплуатация покрывает приблизительно 50% потребности в питьевой воде, 20% – в орошении и 40% нужд промышленности.
Сферы использования:
- для питья;
- промышленность;
- орошение;
- строительство;
- сырье для химической и пищевой промышленности;
- отопление и в качестве альтернативного возобновляемого источника энергии;
- лакокрасочное производство;
- медицинские цели – лечение с использованием минеральных вод.
Подземные воды используются в тех же отраслях, что и поверхностные. Исключение составляют минеральные и термальные воды. Они чаще применяются для лечения, в составе реабилитации после травм и тяжелых заболеваний.
Как повысить или понизить уровень?
Уровень грунтовых вод колеблется в широких пределах – от 2-3 до 30 м. Его высокое положение приводит к заболачиванию почвы, ухудшению условий произрастания культурных растений, быстрому разрушению подземных конструкций строений. С этим борются понижением горизонта грунтовых ПВ.
Понижение
Есть два способа понизить уровень грунтовых вод:
- дренировать участок;
- выкопать водоем.
Классическая схема дренажа предусматривает устраивание дренажной канавы по периметру участка, с уложенными в ней пластмассовыми или асбестоцементными дренажными трубами.
Затем канава заполняется гравием, песком и грунтом. По ней избыток верховодки выводится за пределы участка.
Устройство искусственного водоема в наиболее низкой части участка также способствует сбору воды и понижению ее уровня.
О технологиях укладки труб читайте здесь, а о том какие еще способы понижения грунтовых вод существуют ищите информацию тут.
Повышение
К искусственному повышению грунтовых вод обычно не прибегают. Но если рассмотреть эту возможность чисто гипотетически, то самым эффективным способом поднять их уровень является сооружение водохранилищ.
Например, после строительства Цимлянского водохранилища уровень грунтовых вод на прилегающих к нему территориях поднялся на 5-7 м.
Подземные воды как полезные ископаемые
Подземные воды являются полезным ископаемым. В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы подземных вод возобновимы в процессе эксплуатации. Участки водоносных горизонтов или комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора подземных вод, отвечающих установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называются месторождениями подземных вод.
По характеру использования подземные воды подразделяются на хозяйственно-питьевые, технические, промышленные, минеральные воды и термальные воды. К водам хозяйственно-питьевого типа, используемым для водоснабжения, относят пресные воды, отвечающие кондициям (с определёнными вкусовыми качествами, не содержащие вредных для здоровья человека веществ и микроорганизмов). Промышленные воды с повышенным содержанием отдельных химических элементов (I, Br, В и др.) представляют интерес в качестве источника этих элементов, а также используются в некоторых областях промышленности.
Особую группу составляют минеральные воды. Эти воды обладают повышенным содержанием биологически активных минеральных (реже органических) компонентов или специфическими свойствами (температура, радиоактивность и др.), благодаря которым оказывают на организм человека лечебное действие.
К особой категории относятся также месторождения гипертермальных вод (с температурой до 100С и выше), связанные с областями современного вулканизма (Камчатка, Курильские острова и др.). Горячие воды таких месторождений используются геотермальными электростанциями и для теплоснабжения близлежащих населенных пунктов. При этом проблемой эксплуатации этих вод является их высокая минерализация и газонасыщенность, определяющие высокую химическую активность вод и интенсивное выпадение солей при охлаждении.
Для эксплуатации естественных источников и вод из глубоко залегающих водоносных горизонтов проводится каптаж. Каптаж (франц. captage, от лат. capto — ловлю, хватаю) – комплекс инженерно-технических мероприятий, обеспечивающий вскрытие подземных вод (а также нефти и газа), вывод их на поверхность и возможность эксплуатации. Простейшим типом каптажных сооружений является колодец, вскрывающий подземные воды неглубоко залегающих водоносных горизонтов.
Мониторинг подземных вод
Мониторинг подземных вод – важная необходимость, которая позволяет отследить не только ее качество, но и количество, и вообще, ее наличие.
Если качество воды исследуют лабораторно, обозревая изъятую пробу, то разведка наличия подразумевает следующие методы, друг с другом взаимосвязанные:
- Первое – это проводится оценка местности на наличие предполагаемых подземных вод.
- Второе – это производится замерение температурных показателей обнаруженной жидкости.
- Далее применяется радоновый метод.
- После производится бурение базовых скважин, сопровождаемых изъятием керна.
- Выделенный керн отправляют на исследование: определяют его возраст, толщину и состав.
- Из скважин откачивают некоторое количество подземных вод, чтобы определить их характеристики.
- По базовым скважинам составляют карты залегания жидкости, оценивают ее качество и состояние.
Разведка подземных вод подразделяется на следующие типы:
- Предварительная.
- Детальная.
- Эксплуатационная.
Эффективные способы поиска воды
Способов определения близости воды к поверхности существует более десятка. Поиск воды под скважину можно осуществить, используя один из приведенных ниже действенных способов.
С использованием силикагеля
Для этого гранулы вещества предварительно тщательно высушивают на солнце или в духовке и складывают в неглазированный глиняный горшок. Для определения количества поглощаемой гранулами влаги горшок перед закапыванием необходимо взвесить. Горшок с силикагелем, завернутый в нетканый материал или плотную ткань, закапывается в грунт на глубину около метра в место на участке, где планируется бурение скважины. Через сутки горшок с содержимым можно выкапывать и снова взвешивать: чем он тяжелее, тем больше влаги он впитал, что в свою очередь свидетельствует о наличии поблизости водоносного слоя.
Применение силикагеля, относящегося к разряду веществ, обладающих свойством поглощать влагу и удерживать ее, позволит всего лишь за пару дней определить наиболее удачное место для бурения скважины или обустройства колодца
Для того, чтобы сузить место поиска воды для скважины, можно использовать одновременно несколько таких глиняных емкостей. Более точно определить оптимальное место для бурения можно путем повторного закапывания горшка с силикагелем.
Барометрический способ
Показания 0,1 мм ртутного столба барометра соответствуют разнице в перепаде высоты давления в 1 метр. Для работы с прибором необходимо сначала измерить его показания давления на берегу существующего поблизости водоема, а после вместе прибором переместиться в место предполагаемого обустройства источника добычи воды. На месте бурения скважины замеры давления воздуха делаются вновь, и высчитывается глубина залегания вод.
Наличие и глубину залегания подземных вод успешно определяется также с помощью обычного барометра анероида
Например: показания барометра на берегу реки составляют 545,5 мм, а на участке – 545,1 мм. Уровень залегания грунтовых вод рассчитывается по принципу: 545,5-545,1=0,4 мм, т. е. глубина скважины будет составлять не менее 4 метров.
Разведочное бурение
Пробное разведочное бурение является одним из самых надежных способов по поиску воды для скважины.
Разведочное бурение позволяет не только обозначить наличие и уровень залегания вод, но также и определить характеристику грунтовых слоев, залегающих до и после водоносного слоя
Бурение производится с применением обычного садового ручного бура. Поскольку глубина разведывательной скважины в среднем составляет 6-10 метров, необходимо предусмотреть возможность наращивать длину его ручки. Для проведения работ достаточно использовать бур, диаметр шнека которого составляет 30см. По мере заглубления бура с тем, чтоб не сломать инструмент, выемку грунта необходимо проводить через каждые 10-15 см почвенного слоя. Влажный серебристый песок можно наблюдать уже на глубине около 2-3 метров.
Место под обустройство скважины должно располагаться не ближе, чем 25-30 метров относительно дренажных траншей, компостных и мусорных куч, а также других источников загрязнения. Самое удачное размещение скважины – на возвышенном участке.
Повторяющие рельеф местности водоносные слои на возвышенных местах являются источником более чистой отфильтрованной воды
Дождевая верховодка и талая вода всегда стекает с возвышенности в низину, где постепенно дренируется в водоупорный слой, который в свою очередь вытесняет чистую отфильтрованную воду до уровня водоносного слоя.
Бурение скважины на загородном участке обеспечит его владельцев водой, требующейся для личных целей и полива. Собственный источник позволит соорудить независимый водопровод. Однако бывают случаи, когда проходка выработки не дает результатов. Как избежать подобных «промашек»? Ведь буровикам придется платить, даже в случае, если воды не будет.
Мы расскажем вам в мельчайших деталях, как найти воду для скважины. Познакомим со всеми возможными методами поиска этого полезного ископаемого. Представим технологии, применяемые в промышленных масштабах, и народные способы определения наличия подземной воды.
Для досконального изучения темы мы собрали и систематизировали заслуживающую внимания информацию, имеющуюся в сети. Представленные к рассмотрению сведения дополнены фото, графическими иллюстрациями и видео-обзорами.
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.
Понятие термина
Это водный раствор, который находится в верхней части земной коры. По своему агрегатному состоянию это может быть жидкость, лед или пар, переход из одной формы в другую – естественный процесс, происходящий в более глубоких грунтовых слоях. Наука, которая это изучает, называется гидрогеология. Наиболее часто мы встречаемся с большими потоками, которые влияют на течение рек, их полноту, а также с ключами и источниками – небольшими струями влаги. Но не все они выходят на поверхность, намного чаще они остаются в грунте. В таком случае люди давно научились выкапывать в водоносном почвенном слое углубление, чтобы получать ресурс. Таким образом работают колодцы, скважины и другие точки водозабора.
Классификация
Подразделение подземных вод на классы зависит от условий их залегания:
- почвенные;
- грунтовые;
- межпластовые;
- минеральные;
- артезианские.
Помимо перечисленных видов, разделяются подземные воды на классы, зависящие от уровня слоя, в котором они расположены:
- Верхний горизонт – подземные воды пресного содержания. Как правило, их глубинное нахождение невелико: от 25 до 350 м.
- Средний горизонт – это место залегания минеральной или соленой жидкости на глубине от 50 до 600 метров.
- Нижний горизонт – глубина от 400 до 3000 метров. Вода с повышеным содержанием минералов.
Подземная вода, располагающаяся на больших глубинах, по возрасту может быть молодой, то есть недавно появившейся, или реликтовой. Последняя могла закладываться в подземных слоях вместе с грунтовыми породами, в которых она “размещена”. Или же образовалась реликтовая подземная вода от многолетней мерзлоты: ледники таяли – жидкость скапливалась и сохранялась.
Классификация по температуре
Есть несколько состояний воды – твердое (лед, соответственно, ниже 0 градусов), жидкое, наиболее привычное для нас, и газообразное, когда происходит испарение из-за чрезмерного нагрева. Жидкости, в свою очередь, также разделяются.
Холодные
Они имеют не более 20 градусов тепла. Это основная часть верховодки, а также большинства минеральных и артезианских источников. Часто они бывают даже ледяными, что особенно сильно чувствуется в летнюю жару.
Термальные и высокотермальные
Они составляют больший процент от подземных потоков, и чем глубже они залегают, тем жарче могут быть. Близко к нижнему краю земной коры жидкости нагреваются вплоть до 600 градусов. Для человека более интересны те, что пробиваются на 5-6 км из глубин почвы и не превышают обычно 50-60. Они дают тепло, а также часто такие водоемы разрабатываются в бальнеологических целях для купания.
Как определить самостоятельно, где залегают?
Существует определенные признаки, позволяющие предположить наличие водоносных горизонтов на собственном участке.
Где искать не стоит:
- около водоемов;
- в холмах;
- если на местности преобладают акации и буки;
- рядом с любыми карьерами и обрывами.
Вода имеет свойство испаряться
Поэтому при поиске подземных горизонтов обращают внимание на следующее:
Туман – утром и вечером в теплое время года на участках с близким расположением водоносных слоев образуется облако из водяного пара. Чем оно плотнее, тем ближе к поверхности они залегают.
- Растения – роскошные заросли крапивы, мать-и-мачехи, ивняка любят влажные места. Вишням и яблоням нужно сухое место, так как при повышенной влажности их корни начинают гнить и дерево гибнет. Если на участке растет камыш, то до воды не более 3 метров, если заросли полыни, то от 5–7 метров.
- Полевые мыши не будут рыть норки во влажных местах. Куры стоят гнезда только на сухих участках, а вот гуси постараются отложить яйца в непосредственной близости к источнику.
- Использование силикагеля – его следует просушить в духовке и взвесить. Затем им наполняют глиняную неглазурованную посуду, и закапывать на глубину 0,5 м в месте предполагаемого водоносного горизонта. Оставить на 1 день. Через сутки выкопать и взвесить силикагель. Чем больше масса сорбента, тем ближе вода.
