Происхождение и классификация подземных вод

КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Вода в природе встречается в трех состояниях: парообразном, жидком и твердом. Переход воды из одного состояния в другое происходит под влиянием солнечного тепла, а также жизнеде­ятельности растений и других факторов.

В атмосфере вода содержится в виде пара, в капельно-жидком (облака и туман) и твердом состоянии (ледяные кристаллы, град, снег). В среднем в атмосфере содержится около 14 000 км³ воды, преимущественно в виде пара. Но благодаря постоянному пополнению атмосферной влаги за счет испарения на поверхность земли ежегодно выпадает около 520 тыс. км³ осадков.

На поверхности земли вода в жидком состоянии скапливается в океанах, морях, озерах, болотах, реках, а также находится в виде ледников и снега, образуя гидросферу; основная масса воды гидросферы составляет Мировой океан — около 1370 млн. км³. В водах Мирового океана в колоссальных количествах в растворенном виде находятся почти все элементы таблицы Менделеева, например: золота около 10 млрд. т, серебра около 200 млрд. т, молибдена около 300 млрд. т и т, д. (данные Л. А. Зенкевича). Морская вода содержит примерно 10  т тяжелой воды. Теоретически запасов тяжелой воды как источника ядерной энергии хватит человечеству на миллиарды лет.

В земной коре — литосфере — вода содержится в виде парооб­разной, физически связанной, жидкой, химически связанной (цеолитная, кристаллизационная и конституционная) и в твердом со­стоянии.

Вода, находящаяся во всех живых организмах и растениях, образует биосферу.

Воды атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы и биосферы находятся в самой тесной связи между собой. Испаряясь с поверхности океанов, озер, других водоемов и с суши, а также превращаясь в парообразное состояние в результате жизнедеятельности организмов, вода переходит в атмосферу, а из атмосферы вновь выпадает на поверхность земли в виде дождя, града, снега и других осадков, составляя звенья общего круговорота воды на земле, одного из самых грандиозных транспортных процессов. Это один из главных механизмов, обусловливающих формирование поверхности земли, обмен веществ и энергии.

Испарение — процесс превращения воды из жидкого состояния в парообразное под влиянием температуры. В атмосферу парообразная влага поступает путем испарения с поверхности океанов, морей, озер, болот, влажной почвы и листьев растений.

Подземные воды могут испаряться лишь на тех участках, где высота капиллярного поднятия достигает дневной поверхности.

Особым видом испарения является образование парообразной влаги в результате жизнедеятельности растений (травиной и древесной) -тринспирации.

Испарение па суше зависит от многих факторов: от температуры, атмосферного давления, скорости движения ветра, дефицита влажности воздуха, количества осадков, характера растительного покрова, характера пород и почвы, рельефа, экспозиции места, близости уровня подземных вод и т. п. Чем выше температура местности и скорость движения ветра, тем при прочих равных условиях больше испарение; чем более влажен воздух, тем меньше испарение; чем более водопроницаемы породы и почвы, тем меньше испарение; со склонов южной экспозиции влаги испаряется больше; чем ближе к поверхности земли уровень грунтовых вод, тем больше испаряется влаги, поднимающейся по капиллярам в породах.

Испарение имеет существенное значение при решении вопросов осушения, орошения, при гидрогеологических исследованиях и т. п.

Атмосферные осадки. Как указывалось, вода в атмосфере содержится в виде водяного пара и в других состояниях. В совершенно чистом воздухе сжижение водяных паров не происходит даже при охлаждении воздуха до точки росы и ниже. Для образования капелек воды, из которых состоят облака и туман, необходимо наличие в воздухе ядер конденсации, на поверхности которых и происходит сжижение водяного пара. В нижних слоях атмо­сферы содержатся многочисленные мелкие твердые частички (пыль, дым, растительные споры и т. п.), обладающие гигроскопичностью или химическим сродством с водой, которые и являются ядрами конденсации.

Атмосферные осадки подразделяются на два типа: 1) осадки, образующиеся непосредственно на поверхности земли и наземных предметах вследствие понижения температуры воздуха до точки росы (роса, иней, изморозь и пр.); 2) осадки, выпадающие на поверхность земли из облаков (дождь, град, снег, крупа).

Количество осадков измеряется толщиной слоя воды в миллиметрах, который установился бы при отсутствии стока и испарения.

Интенсивность осадков — количество осадков, выпавших за I мин. Осадки с интенсивностью больше 0,5—1 мм/мин называются ливнями.

В пределах РФ атмосферные осадки выпадают крайне не­равномерно по сезонам и по отдельным районам. В европейской части летом осадков выпадает больше, чем зимой, а в Средней Азии летом —очень мало, а в иные годы равно нулю. Наибольшее количество осадков выпадает на Черноморском побережье Кавказа от Сочи до Батуми (1200—2870 мм в год). Максимальное коли­чество осадков в РФ выпадает в Аджарии (3836 мм) и в Сванетии (до 5000 мм). В средней полосе европейской части РФ осадков выпадает 400—600 мм, в северных районах — 100—300 мм, в Прикаспийском районе — 150—200 мм в год.

Атмосферные осадки имеют решающее значение в питании подземных вод. При определении роли атмосферных осадков в питании подземных вод необходимо учитывать не только абсолютное количество осадков, но и их продолжительность, интенсивность, вид (жидкие, твердые), время выпадения, а также общие климатические, физико-географические и геологические условия изучаемой территории.

Количество выпадающих атмосферных осадков измеряется дождемерами, или осадкомерами, конструкция которых и методика работы с ними описываются в специальных руководствах по климатологии.

Поверхностный и подземный сток. Под стоком понимают ту часть атмосферных осадков и выходящих на поверхность подземных вод, которая реками выносится в моря и океаны. Поверхностный сток является одним из важнейших элементов круговорота воды в природе. Количество воды, идущей на поверхност­ный сток, зависит от ряда факторов: климата, вида осадков, рельефа местности, водопроницаемости горных пород, искусственных факторов (создание водохранилищ на реках, оросительных си­стем, полезащитных лесных полос и т. п.).

Главным фактором стока являются климатические условия. Чем больше выпадает атмосферных осадков и чем меньше испарение, тем больше сток. В засушливых районах (юго-восток европейской части СССР и Средняя Азия), где осадков выпадает очень мало, многие реки летом не имеют стока, пересыхают. Водопроницаемость пород существенно сказывается на стоке. Чем больше атмосферных осадков просачивается, превращаясь в подземные воды, тем меньше поверхностный сток.

Подземные воды питают реки в результате дренирования водоносных горизонтов, когда склоны речных долин их пересекают. Равнинные реки СССР весной, летом и осенью питаются одновременно за счет дождей и подземных вод, а зимой и в период засухи — почти исключительно за счет подземных вод.

Количественно величина стока характеризуется коэффициен­том стока и модулем стока, которые определяются обычно для площади всего бассейна реки в ее устье либо для любого другого участка реки. Для определения величины стока необходимо знать расход реки. Под расходом реки понимается количество воды, про­текающее в единицу времени через поперечное сечение живого потока воды. Чтобы определить расход воды в том или ином сечении, необходимо знать среднюю скорость движения воды в реке V (в м/сек) и площадь водного потока Р (м²). Тогда расход реки

                         Q=V F, м³/сек.                                     (1)

Методика определения расхода реки подробно излагается в курсах гидрометрии.

Коэффициент стока — отношение количества воды, стекающей c определенной площади водосборного бассейна за определенный период, к количеству выпавших осадков за тот же период в бассейне реки

,                                              (2)

где -коэффициент стока, %;

h - количество стекающей воды, мм водяного слоя; х— количество осадков, мм.

Модуль стока (М) — количество воды (Q), стекающей в единицу времени с 1 км² водосборной площади бассейна реки (F):

                        M=                                            (3)

Общий модуль стока включает в себя модули поверхностного и подземного стока. Максимальный модуль стока на равнинных реках РФ наблюдается в весеннее время, в период паводков, минимальный—зимой, когда реки питаются почти исключительно за счет подземных вод.

В гидрогеологии важно знать величину подземного стока на том или ином участке реки. Существуют многочисленные способы определения величины подземного стока, описываемые в специальной литературе [18]. Модуль подземного стока является надежным показателем при оценке водоносности горных пород, распространенных на площади водосборного бассейна реки, и используется при гидрогеологических расчетах.

 

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Подземные воды образуются большей частью путем инфиль­трации атмосферных осадков, а частично путем конденсации из воздуха, при понижении температуры воздуха, находящегося в порах пород, до точки росы. Часть подземных вод, будучи захороненном в порах осадочных толщ, образуется одновременно с осаждением терригенных материалов на дне водоемов; эти воды называются седиментационными.

Первоначально, по мнению большинства исследователей, вода па земле образовалась из магмы; в процессе ее охлаждения и кристаллизации наряду с твердыми и газообразными компонентами выделялась также вода в виде пара, конденсировавшегося затем и жидкое состояние. И в настоящее время при вулканических извержениях в составе летучих преобладает вода в парообразном состоянии. Подземная вода, образующаяся из магмы, называется ювенильной.

В круговороте воды на земле наиболее активно участвуют воды инфильтрацнонного и в меньшей мере конденсационного происхождения; седиментационные воды, входящие в состав древних осадочных толщ, могут включаться в общий круговорот в результате геологических процессов (сжатия в складки, разрушения вышележащих толщ, образования трещин и т. п.) и время их круговорота измеряется геологическими масштабами времени. Еще меньше доля участия в общем круговороте ювенильных вод.

В местах залегания месторождений полезных ископаемых подземные воды образуются преимущественно путем инфильтрации. Об этом свидетельствует наблюдаемое почти во всех шахтах и рудниках увеличение притоков воды в горные выработки в весеннее время, и после выпадения дождей, хотя и с некоторым запаздыванием.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Единой общепринятой классификации подземных вод не существует. Это объясняется тем, что подземные воды залегают в земной коре в самых разнообразных геологических условиях, физические свойства их и химический состав чрезвычайно разнообраз­ны, требования к подземным водам при их эксплуатации неодинаковые.

В основу классификации подземных вод могут быть положены различные признаки: способ образования, условия залегания, гидравлические свойства, литологический состав водоносных пород, их возраст, физические свойства подземных вод, их химический состав и др.

По условиям образования подземные воды подразделяются па различные группы, из которых важнейшее значение имеют воды инфильтрационные и частично конденсационные.

По условиям залегания и характеру вмещающих горных пород подземные воды делятся на следующие типы: 1) паровые воды, залегающие и циркулирующие в порах горных пород, которые сла­гают самую поверхностную часть земной коры; 2) пластовые воды, залегающие и циркулирующие з порах или трещинах осадочных горных пород, перекрываемых и подстилаемых водоупорными породами; эти воды подразделяются на порово-пластовые и трещинно-пластовые; 3) трещинные воды, циркулирующие в скальных (магматических, метаморфических и осадочных) породах, пронизанных равномерной трещиноватость; 4) карстовые воды, цирку­лирующие в массивах карбонатных, гипсоносных и соленосных раскарстованных пород; 5) трещинно-жильные воды, циркулирующие в отдельных тектонических трещинах и в зонах тектонических разломов.

По гидравлическим свойствам подземные воды делятся на безнапорные, или воды со свободной поверхностью, и напорные, когда водоносный горизонт перекрыт сверху водоупорной породой и на­ходящаяся в нем подземная вода испытывает гидростатическое давление, обусловливающее напор.

В зависимости от возраста водовмещающих пород подземным водам присваивается соответствующее наименование, например: воды каменноугольных отложений, юрских, меловых, третичных и т. п.

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (с температурой ниже 20° С), теплые (20 - 37° С), горячие (37 - 42 и очень горячие (термы, с температурой более 42° С).

По степени минерализации, или по содержанию растворенных солей, подъемные воды, согласно В. И. Вернадскому, подразде­ляются на пресные (содержащие до 1 г/л растворенных веществ), солоноватые (1 - 10 г/л), соленые (10 - 50 г/л) и рассолы (свыше 50 г/л). В практике существенное значение при характеристике и оценке подземных вод имеет не только общее содержание растворенных солей, но и их состав. В зависимости от преобладания растворенных в воде солей различают воды гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные, а по катионам - кальциевые, магниевые и натриевые.

Помимо солей в подземных водах всегда содержатся различные газы — углекислота, азот, сероводород и др., часто имеющие большое практическое значение. В зависимости от растворенного в воде газа различают углекислые, сероводородные, радоновые и другие виды подземных вод. В большинстве случаев подобные воды имеют лечебное значение (углекислые воды Кисловодска, сероводородные воды Мацесты, радоновые воды Цхалтубо и др.). Подземные воды, обладающие теми или иными лечебными свойствами, называются бальнеологическими.

Подземные воды, содержащие в растворенном виде промышленные концентрации тех или иных элементов, называются промышленными. Различают йодные, бромо-йодные, бромные и другие воды.

 § 6. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

При характеристике горных пород в гидрогеологическом отношении применяются следующие понятия и термины.

Водоносные породы—пласты, линзы и другие формы залегания водопроницаемых пород, в которых поры, трещины и другие пустоты заполнены гравитационной водой.

Водоносный горизонт — подземные воды, приуроченные к одному или нескольким регионально выдержанным водоносным (или пачкам водоносных) породам, гидродинамически связанным между собой и имеющим общую гидравлическую (при безнапорных водах) или пьезометрическую (при напорных водах) поверхность.Водоносный комплекс — подземные воды, приурочнные к водоносным породам какого-либо стратиграфического подразделения, среди которых вследствие изменчивости их вещественного состава, сложности тектонических условий или недостаточной изученности водовмещающих пород нельзя выделять отдельные гидравлически самостоятельные водоносные горизонты.

Площадь, в пределах которой распространен водоносный гори­зонт или комплекс, называется областью, или площадью, их распространения, а площадь, где происходит питание водоносного горизонта,— областью питания. Площадь, где подземные воды вытекают из водоносного горизонта или комплекса, называется областью разгрузки, или дренажа. Области питания и распространения водоносных горизонтов (комплексов) могут совпадать (в случае безнапорных) и не совпадать (в случае напорных вод).

В практике горного дела водоносные горизонты подразделяются в зависимости от их положения относительно пласта полезного ископаемого: если водоносные горизонты залегают над полезными ископаемыми, они называются надрудными (надуголъными), если ниже — подрудными (подугольными).

Условия питания водоносных горизонтов зависят от многих фак­торов. Ведущую роль играет климат. Подземных вод больше там, где выпадает много атмосферных осадков. Большое значение имеют литологический состав пород, залегающих на поверхности, а также рельеф поверхности (плоский, изрезанный, горный и т. п.).

Грунтовые воды — подземные воды первого от поверхности по­стоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водонепроницаемом слое. Грунтовые воды имеют свободную - водную поверхность.

Атмосферные осадки или поверхностные воды, просачиваясь в поры и пустоты горных пород, достигают па какой-то глубине во­доупорного слоя, где начинают скапливаться, образуя грунтовые воды. Расстояние от поверхности грунтовых вод до водоупорного слоя называется мощностью водоносного горизонта.

Верхняя зона земной оболочки между земной поверхностью и поверхностью грунтовых вод называется зоной аэрации. В по­родах этой зоны в порах, трещинах и других пустотах находятся парообразные, физически связанные и капиллярные воды (рис. 2).

Поверхность грунтовых вод часто называют уровнем, скатертью - или (чаще всего) зеркалом грунтовых вод. Глубина залегания зер­кала грунтовых вод может быть самой различной.

Грунтовые воды, у которых зеркало представляет собой гори­зонтальную поверхность, называются бассейном или водоемом грунтовых вод. Бассейны грунтовых вод образуются чаще всего при наличии в водоупорном ложе котловины (мульды) (рис. 3).

Если же зеркало грунтовых вод наклонное, что свидетельствует об их движении в направлении уклона, то они носят название потока грунтовых вод.

Источниками питания грунтовых вод являются: просачивающиеся атмосферные осадки (дождь, тающий снег); инфилътрующиеся поверхностные воды (рек, озер, прудов и пр.); подток из других водоносных горизонтов (напорных, трещинных, карстовых); конденсация паров воды.

Питание грунтовых вод за счет поверхностных происходит повсеместно. В период весенних половодий, а также при выпадении обильных осадков уровень поверхностных вод значительно повышается, превышая уровень грунтовых вод на прилежащих территориях. В результате значительные массы воды из поверхностного водоема просачиваются в породы, слагающие берега водоема, питая грунтовые воды. В меженный период, когда уровень воды в поверхностном водоеме более низкий, наоборот, грунтовые воды питают поверхностные водоемы. Из сказанного следует, что между поверхностными и грунтовыми водами существует посто­янная гидравлическая связь.

 

 

О характере этой связи можно судить по карте гидроизогипс, т. е. поверхности зеркала грунтовых вод, изображенной в горизонталях пли линиях равного стояния уровней грунтовых вод. Их строят точно так же, как и изогипсы рельефа земной поверхности.

Если гидравлической связи между поверхностными и грунтовыми водами не существует, то гидроизогипсы пересекают поверхностный водоем без искривлений (рис. 4, а). Если грунтовые воды питаются за счет инфильтрации поверхностных вод, то гидроизогипсы изгибаются вниз по течению рек (рис. 4, б), так как зерка­ло грунтовых вод в этом случае имеет наклон от реки. Если грун­товые воды питают поверхностный водоток, то гидроизогипсы будут изогнуты вверх по течению реки (рис. 4, в), так как зеркало грунтовых вод в этом случае наклонено к реке. Возможна и та­кая связь между грунтовыми и поверхностными водами, когда с одного склона долины грунтовые воды питают реку, а с другой река питает грунтовые воды. В этом случае гидроизогипсы с одной стороны будут изогнуты вверх по течению, а с другой — вниз по течению (рис. 4, г) реки.

При гидрогеологических исследованиях определение характера питания исследуемого водоносного горизонта является весьма важ­ной задачей, особенно при осушении месторождений полезных ис­копаемых, так как выбор наиболее рациональных способов осу­шения в значительной степени определяется условиями питания водоносных горизонтов, подлежащих осушению.

Межпластовые подземные воды приурочены к водоносному горизонту, подстилаемому и перекрываемому водоупорными порода­ми. Водонепроницаемые породы, подстилающие водоносный гори­зонт, называются водоупорным ложем, а водоупорные породы, пе­рекрывающие водоносный слой,— водоупорной кровлей.

Межпластовые воды могут быть безнапорными и напорными. Межпластовые безнапорные воды встречаются сравнительно редко. Надугольный водоносный горизонт на буроугольных месторожде­ниях Днепровского бассейна является типичным примером межпластовых безнапорных подземных вод. Межпластовые безнапор­ные воды характерны для многих месторождений Канско-Ачинско­го буроугольного бассейна, Черемховского бассейна и некоторых других.

Межпластовые воды бывают напорными, когда все поры и пус­тоты водоносного горизонта заполнены и вода в водоносном го­ризонте находится под гидростатическим давлением. Напорные подземные воды, приуроченные к водоносным горизонтам, зале­гающим обычно на значительной глубине в пределах крупных тек­тонических структур мульдообразного или моноклинального стро­ения (рис. 5), называются артезианскими.

При вскрытии скважиной водоносного пласта с напорной водой уровень воды в ней поднимается выше водоупорной кровли водо­носного горизонта. Линия N - N, определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте, называется гидростатическим, а чаше пьезометрическим уровнем артезианского пласта. Линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня, называются изопьезами, или пьезоизогипсами, а сама карта - пьезометрической, или картой гидроизопьез.

Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором.

Обычно в толще осадочных пород имеется несколько водоносных пластов с напорной водой, образующих поэтажное расположение водоносных горизонтов.

При характеристике артезианских водоносных горизонтов, помимо глубины залегания водоносного слоя, необходимо также знать и величину напора вод в каждом пункте распространения водоносного горизонта. Поэтому при изучении артезианских вод на карте в изолиниях показываются отметки кровли водоносного горизонта. Подобная карта называется картой изогипс водоупорной кровли. Для решения практических задач карты поверхности земли в горизонталях, пьезогипс и изогипс водоупорной кровли во­доносного горизонта совмещают. Пользуясь совмещенной картой, можно легко и быстро определять глубину залегания артезианского горизонта в каждом пункте, величину напора, направление движения артезианских вод, определять, будет ли в данном месте скважина фонтанировать или же вода остановится на какой-то глубине ниже поверхности земли и т. п. Эта глубина может быть определена точно.

Геологические структуры, содержащие один, два или несколько напорных водоносных горизонтов и распространенные на значительной площади, называются артезианскими бассейнами. Артезианские бассейны выделяются на основании тектонических, стратиграфических и литологических признаков. Площадь артезианских бассейнов колеблется от нескольких десятков до сотен тысяч и миллионов квадратных километров. В пределах СССР имеются многочисленные артезианские бассейны, воды которых широко используются для питьевого и хозяйственного водоснабжения.

На рис. 6 показана общая схема залегания подземных вод.

Источники — естественные выходы подземных вод на поверхность земли. Они делятся на нисходящие и восходящие.

Нисходящие источники образуются при выходе на земную поверхность грунтовых или безнапорных межпластовых вод (рис. 7). Образуются они на склонах речных долин, балок, оврагов и других местных понижений. В местах выхода на поверхность грунтовых вод наблюдаются либо заболоченность, либо сосредоточенные струи воды, образующие ручейки. При горизонтальном залегании водоупорного ложа источники образуются равномерно по обеим сторонам долины (рис. 7, а) на одной и той же высоте; если водоупорное ложе залегает наклон­но, источники выходят на одной стороне долины. В том случае,

 

когда склоны долины, вскрывающие водоносный горизонт, покрыты наносами, последние будут маскировать истинный выход грунтовых вод на поверхность, способствуя появлению источников в. другом месте (рис, 7, б).

Помимо постоянно действующих, нередко встречаются источники периодически действующие, которые образуются в тех случаях, когда на поверхности водоупорного ложа имеются понижения (рис. 7, в). При повышении уровня грунтовых вод они начинают переливаться через край впадины, образуя действующий источник, а при понижении — иссякают. Подобные источники называются переливающимися.

В карстовых районах встречается особый тип периодически действующих источников, которые называются сифонными (рис. 7, г). Подобные источники образуются, когда канал, выводящий из карстовой пещеры воду, имеет форму сифона. При повышении уровня поды и пещере до высоты верхнего колена сифона источник иссякает действовать; когда вода из пещеры по сифону вытечет, источник иссякнет. Карстовые источники часто встречаются на Урале, в Тульской и Орловской областях, на Кавказе, в Крыму и других местах РФ.

Дебит нисходящих источников зависит от ряда факторов и изменяется от долей литра до нескольких десятков кубических метрам и секунду.

Восходящие источники образуются в местах выхода на земную поверхность напорных вод. Отличительной их чертой является характер выхода струи воды, которая, поднимаясь под напором снизу, как бы бурлит, бьет ключом. Когда восходящий источник пробивается через песок, на дне водоема образуются небольшие углубления— кратеры, из которых вырываются хорошо видимые струи воды.

Восходящие источники могут образовываться под действием гид­ростатического давления, давления газа (нарзаны) или водяного пара (гейзеры).

        Вода восходящих источников часто имеет лечебное значение (нарзан в Кисловодске, радоновые воды в Цхалтубо, источник Дарасун в Забайкалье и др.).

Режим подземных вод — изменение во времени уров­ней подземных вод, температуры, физических свойств, химическо­го, газового состава, скорости движения, расхода и пр. Режим под­земных вод определяется геологической обстановкой и климатиче­скими условиями, а также хозяйственной деятельностью человека (осушение, орошение, строительство подпорных гидротехнических сооружений, водоотлив из горных выработок и т. п.).

        Режим грунтовых и артезианских вод существенно различен. Режим грунтовых вод всецело определяется метеорологическими факторами: атмосферными осадками, температурой воздуха, дав­лением, испарением. Неравномерность инфильтрации атмосферных осадков является основной причиной изменения режима грунтовых вод. Изменения уровней грунтовых вод наблюдаются не толь­ко в течение одного гидрологического года, но и в многолетние периоды.

        Колебания уровней в трещиноватых и закарстованных породах имеют спою специфику. Максимальное повышение уровней под­ъемных под весной происходит быстрее непосредственно в период снеготаяния. Значительное повышение уровней наблюдается так­же во время летних и осенних дождей, в том числе и ливневого характера. Амплитуда годовых колебаний может достигать 10 м и более.

Режим артезианских вод в естественных условиях характери­зуется большим постоянством по сравнению с режимом безнапор­ных вод. Большое влияние на режим напорных вод оказывает деятельность человека; из недр земли ежегодно извлекаются ог­ромные массы подземных вод для нужд питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения, лечебных целей, ирригации, добы­чи химического сырья, а также при искусственном водопонижении в связи с производством строительных, горных и других работ. Во многих крупных городах мира с помощью буровых скважин в те­чение десятков лет эксплуатируются артезианские воды, в резуль­тате чего их уровни значительно снизились: в Москве на 40—90 м, в Ленинграде па 50 м, Киеве на 60 м, в Лондоне более чем па 100 м в Париже па 120 м. Понижение уровней наблюдается на площади в сотни квадратных метров. В отдельных угольных бассейнах глубина обезвоживания достигает 1000 м и более, а пло­щади обезвоживания—многих тысяч квадратных километров. Сни­жение уровней влечет за собой и изменение физических свойств, химического, газового и бактериального состава подземных вод, исчезновение родником, обезвоживание рек и озер, изменение со­стояния и свойств пород и многие другие процессы.

При создании водохранилищ на реках уровень воды в водо­хранилищах значительно превышает уровни, бывшие в реках. Это обусловливает и соответствующие изменения на прилежащих тер­риториях уровней подземных вод, что в свою очередь приводит к изменению их количества, условий движения, физических и осо­бенно химических свойств.

Проведение горных работ в целях выемки полезных ископаемых сопровождается откачками из шахт огромных масс поды. Из шахт Донецкого бассейны, которые не характеризуются особой водообильностью, откачивалось в среднем 8,3 м3/сек. Естественно, что откачки из горных выработок существенно влияют на режим под­земных вод. В том же Донбассе наблюдаются многочисленные слу­чаи «пересыхания» колодцев, находящихся нередко на расстоянии многих километров от границ шахтных полей. Это же отмечается всюду, где ведутся горные работы.

При добыче полезных ископаемых нарушение общих гидрогео­логических условий существенно сказывается и на минерализации рудничных (шахтных) вод. Как правило, кислотность и агрессив­ность рудничных вод на многих рудниках (медных, колчеданных и др.) с течением времени возрастает, что отрицательно влияет на насосы, трубы, рельсы и другое оборудование.

Изучение режима подземных вод имеет важное практическое значение. Необходимо систематическое изучение режима подземных вод на месторождении. Получаемые при этом данные обрабатываются и уточняются необходимые мероприятия по осушению.

Понятие о балансе подземных вод. Под балансом подземных вод какого-либо района понимается сложный природный процесс их питания и расходования за определенный промежуток времени, обусловливаемый естественными факторами и хо­зяйственной деятельностью человека. Определение баланса подземных вод представляет собой довольно сложную задачу и более или менее обоснованно решается путем проведения комплекса наблюдения за величиной инфильтрации атмосферных осадков, испарением подземных вод, подземным стоком и другими приходными и расходными составляющими баланса подземных вод. Одновременно определяется и солевой баланс подземных вод за тот же период времени.

Для определения водного и солевого баланса подземных вод проводятся длительные наблюдения на специально оборудуемых стационарных гидрогеологических станциях, что дает возможность хорошо познать изучаемый район в метеорологическом, гидроло­гическом и других отношениях.

Методы расчета баланса подземных вод изложены в специальной литературе [11, 19 и др.].

Знание баланса подземных вод, распространенных на той или иной территории, позволяет наиболее обоснованно решать вопросы обводненности карьеров, шахт и рудников, устанавливать производительность водозаборов, сооружаемых для водоснабжения, и решать другие гидрогеологические задачи.

Понятие о классификации запасов подземных вод. При разведке подземных вод для целей водоснабжения, для оценки обводненности горных выработок или для решения других практических задач необходимо дать количественную оценку запасов (ресурсов) подземных вод. Запасы (ресурсы) подземных вод подразделяются на естественные, эксплуатационные и искусственные [19].

Естественные запасы представляют собой общее количество подземных вод, находящихся в порах и трещинах водоносного пласта в спокойном состоянии или движущихся в естественных условиях с расходом, не измененным искусственными факторами (водозаборами, откачками из горных выработок и др.).

Эксплуатационными запасами согласно «Инструкции по приме­нению классификации эксплуатационных запасов подземных вод» (Госгеолтехиздат, 1962) называется «количество (или расход) подземных вод в кубических метрах в сутки, которое может быть получено из водоносных горизонтов рациональными в технико-эко­номическом отношении водозаборными сооружениями, при задан­ном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотреблеиия». Следовательно, эксплуатационные запасы подземных вод представляют собой производительность водоносного пласта (или систему пластов), способного в течение длительного времени при водоотборе давать неизменное количество воды нужного качества. Эксплуатационные запасы определяются путем проведения опытно-фильтрационных исследований (см. главу 5).

Методы подсчета естественных и эксплуатационных запасов (ресурсов) подземных вод изложены в специальной литературе [3, И, 19 и др.].

Искусственные запасы образуются путем возведения специаль­ных гидротехнических сооружений, поглощающих скважин, канав, фильтрационных бассейнов и путем задержки и перераспределения поверхностного стока. Подобные сооружения иногда называются «фабриками» грунтовых вод.