Защита подземных вод

Было время, когда никто не думал охранять или защищать подземные воды. В XIX веке во многих странах Европы регулярно возникали желудочно-кишечные заболевания. Сотни тысяч людей страдали этими тяжелыми болезнями. Никому не приходило в голову, что частой причиной этих эпидемий является загрязнение питьевой воды, получаемой из колодцев и скважин. Такому положению способствовало слабое развитие микробиологии и бактериологии. Лишь в самом конце прошлого века и начале XX обнаружилось влияние загрязнения источников подземных вод на здоровье людей.

После второй мировой войны началось бурное развитие химической промышленности, автомобильного транспорта, городского строительства. В нашей стране до Великой Отечественной войны велась планомерная борьба с бактериальным заражением водоносных горизонтов. В 50 — 60-х годах встал вопрос об охране и защите подземных вод от бытовых и промышленных стоков. Возникла опасность истощения их в районах горнодобывающих предприятий, городских водозаборов, промышленных предприятий.

Возьмем в качестве примера Украину. Здесь в 1969 году в сутки отбиралось 8 млн. м³ подземных вод, а по расчетам гидрогеологов можно брать только 6 млн. м³. Вот и получается, что каждый год берется на 2 млн. м³ воды больше, чем позволяет природа. А с ней шутки плохи. Такой непомерный забор воды ведет к снижению уровней подземных вод и резкому уменьшению их запасов.

Во всесоюзной кочегарке — Донбассе, чтобы обеспечить добычу угля из 300 шахт, каждые сутки откачивается 500 тыс. м³ воды. Другой объект — Белозерский железорудный комбинат. Здесь каждый день выбрасывается из земли 100 тыс. м³ драгоценной воды. И вот результат — многим населенным пунктам Запорожской области может не хватить воды.

На территории Украины имеется 450 самоизливающихся скважин. Из них каждый день вытекает до 40 тыс. м³ воды. Небольшая часть ее используется, а другая часть заболачивает и засолоняет грунты. Но самое неприятное явление вследствие их деятельности — это истощение водоносных горизонтов.

Рис. 55. Старые скважины — путь к загрязнению глубоких горизонтов подземных вод:

1 — загрязненные поверхностные воды, поступающие по затрубному пространству и через устья; 2 — сточные воды, проникающие через корродированные участки труб в подземные воды. Стрелки — направление движения воды

Не всегда мы относимся бережно к этому дару природы. Так, в Киеве ценнейшие подземные воды на 40 — 50% идут для нужд производства, в то время как можно было бы использовать любые непитьевые воды.

Загрязнение подземных горизонтов может идти разными путями. Это могут быть атмосферные осадки, насыщенные промышленными и автомобильными газами, просачивающиеся через поверхность земли, потоки воды из поврежденных канализационных сетей. Промышленные стоки могут легко проникать через карстовые каналы, трещины либо старые заброшенные скважины и колодцы.

Опасность проникновения вод через старые буровые скважины особенно велика, так как через них загрязняющие потоки могут проникать сразу в несколько горизонтов (рис. 55).

Приведем пример. На территории Украины в 1969 г. было выявлено 2207 скважин, из которых 326 требовали серьезного ремонта, а 1881 — немедленной ликвидации.

Геологическими организациями принят ряд мер для упорядочения эксплуатации водоносных горизонтов. Ученые и инженеры разработали много интересных методов для охраны подземных вод.

Как, например, уменьшить инфильтрацию в породы промышленных отходов из разных котлованов или грунтовых емкостей (так называемых накопителей)? Ведь необходимо сделать так, чтобы стенки и дно не пропускали отходы.

Как будто бы просто! Но когда стали заниматься решением этой проблемы, все оказалось очень сложным. Применили уплотненный глинистый грунт. Получилось и дорого, и неэффективно. Он довольно хорошо пропускает растворы. Сделали затем экранирование дна и стенок полиэтиленовой пленкой. Как будто немного дешевле и надежней. Но... укладка такого экрана очень трудоемка, имеется опасность прорастания растений и взаимодействия с химическими реактивами.

Давайте посмотрим, как в Казахстане экранируют отвал фосфогипса (отход химической промышленности): сначала выравнивается и укатывается катками поверхность, затем она обрабатывается гербицидами, чтобы растения не повредили покрытия. На нее кладут пятисантиметровый слой асфальта. Но это не все. Асфальт покрывают битумно-латексной эмульсией в три слоя по 2 мм. Но и это не все. Сверху кладут металлическую сетку. Ее затем покрывают трехсантиметровым слоем асфальта. Авторы считают, что такой экран не будет пропускать растворы. Однако полной уверенности в этом нет.

За рубежом и у нас сейчас модны противофильтрационные стенки глин, имеющих в своем составе очень мелкие частицы (высокодисперсные). Однако и это не решение вопроса. Ученые ищут. Конечно, и существующие экраны — значительный шаг вперед. Когда их не было, загрязнение подземных вод из накопителей отходов было особенно интенсивным.

Так, на одном из фенольных заводов несколько десятков лет назад были захоронены отходы, но до сих пор они загрязняют грунтовые воды и реки района.

Перед нами водозабор — несколько буровых скважин и сооружения для коллектирования воды. Ведь это особенно уязвимое место. В соответствии с имеющимися законами вокруг таких водозаборов, для предупреждения их загрязнения создаются зоны санитарной охраны подземных вод. Это не только небольшие участки вокруг забора (так называемый первый пояс санитарной охраны), но и обширная территория, окружающая первый пояс. Во второй зоне необходимо исключить любые пути поступления загрязненных поверхностных и сточных вод в толщу породы.

В СССР, созданы специальные гидрорежимные станции, которые обязаны контролировать охрану подземных вод от загрязнения и истощения. Роль этих станций в защите подземных вод весьма велика. Они выполняют благородную работу, которая позволяет предупредить порчу и уничтожение важнейших источников питьевых вод.

Рис. 56. Борьба с падением уровня подземных вод вокруг шахт с помощью откачиваемых вод, создающих гидрозавесу (по Г. В. Короткевичу):

а — уровень подземных вод до разработки месторождения; б — уровень, поддерживаемый искусственно; в — разрабатываемое осушенное полезное ископаемое

Орошение является крупнейшим потребителем воды. К примеру, на Украине для орошения расходуется до 70% всей добываемой пресной воды. Половина этого количества идет на испарение и усваивается растениями. А вот от 20 до 60% воды возвращается в виде возвратного стока. Но эти избыточные воды в большинстве случаев загрязнены. Они часто содержат гербициды, ядохимикаты, нитраты, весьма опасные для здоровья людей. Много в них и минеральных примесей.

Такие избыточные воды перехватываются системой дренажей и открытых каналов. Как предотвратить загрязнение ими подземных горизонтов? Этот вопрос еще ждет своего решения.

Вот еще одна трудная проблема. Разработка полезных ископаемых шахтами и карьерами требует откачки больших масс воды. Из года в год подземные воды вокруг только карьера или шахты выкачиваются и отправляются в реки. Города и населенные пункты в зоне их депрессионной воронки могут в этом случае лишиться питьевой воды.

Г. В. Короткевич для борьбы с этим явлением предложил оригинальный метод устройства гидрозавесы. Он основан на том, что откачиваемые из карьера или шахты воды не сбрасываются «на сторону», а полностью возвращаются в подземные горизонты, откуда они были взяты. Для этого вокруг горного предприятия устраиваются поглощающие скважины, куда и направляется откачиваемая вода. Возникает замкнутое кольцо местного питания подземных вод, внутри которого размещается обезвоженный участок шахты или карьера (рис. 56). Появление такой гидрозавесы приводит к интересному явлению обтекания участка поступающими сюда подземными водами, двигающимися в сторону естественного уклона.

Сейчас гидрогеологи работают над задачей управления подземными водами. Это значит, что прежде всего необходимо знать заранее, как будут изменяться их количество, уровень подземных горизонтов, химический состав в связи с развитием городов, промышленности, сельского хозяйства.

Человек может и обязан научиться влиять на подземные воды. Искусственно пополнять, очищать, а когда нужно, понижать их уровень. Эти задачи современной гидрогеологией успешно решаются. Человек должен по-хозяйски управлять подземными водами.