Искусственные — естественные подземные воды

Что это за абракадабра? И искусственные и одновременно естественные? Мы знаем как образуются грунтовые воды. «Сырая», неочищенная, дождевая, реже загрязненная сточная и любая другая вода проникает в породы, проходит через них, как через естественный фильтр, и вот результат — чистая подземная вода.

Почему бы не подменить природу на первом этапе? Давайте искусственно направлять любую воду, находящуюся в нашем распоряжении, в толщу пород, а остальное предоставим естественным процессам. Тогда начнут образовываться либо новые водоносные горизонты, либо дополняться массой воды старые.

Вот и появятся искусственные — естественные подземные воды, которые могут явиться хорошим дополнением к существующим запасам.

Первый опыт такого воспроизводства подземных вод был осуществлен в Глазго (Шотландия) в 1810 году. В конце XIX века метод искусственного пополнения подземных вод стал довольно широко использоваться в Европе. В ФРГ и ГДР, где получение питьевых вод базируется в основном на подземных водах, искусственное увеличение запасов подземных вод стало важнейшей частью водоснабжения.

Искусственные воды являются основой водоснабжения таких городов, как Дрезден, Гамбург, Берлин и многих других. В Англии и США искусственное подпитывание водоносных горизонтов широко используется не только для пополнения запасов, но и для предупреждения проникновения в водоносные горизонты морских вод.

Рис. 57. Вот как прост фильтрационный бассейн:

Э — экран, а — песчано-глинистая порода

В США впервые получение подпитывания подземных вод было произведено в 1889 году в штате Колорадо. В настоящее время в этой стране имеются сотни систем для искусственного получения подземных вод. Ежегодно почти во всех штатах получаются из них многие сотни миллионов кубических метров пригодной для питья воды.

Используется пополнение подземных вод и в других странах: Финляндии, Швеции, Швейцарии, Нидерландах и т. д.

В Советском Союзе этим вопросом долгое время мало интересовались. Однако теперь он превратился в одну из важных народнохозяйственных задач. Возникла необходимость пополнения запасов многих водоносных горизонтов, создания запасов пресных вод там, где их нет, и решения других практических вопросов.

В настоящее время в нашей стране уже имеется несколько десятков комплексов, которые осуществляют искусственную подпитку подземных вод. С каждым годом количество их возрастает. Как же осуществляется на практике искусственное образование подземных вод?

Первый путь — это увеличение поступающего в породы количества воды способом естественной инфильтрации. Наиболее часто это достигается с помощью так называемых инфильтра-ционных бассейнов. Они представляют собой либо котлованы, либо траншеи, либо участки, огороженные дамбами или даже валиками (рис. 57).

Рис. 58. Канаво-бороздовый метод

Такие инфильтрационные бассейны имеют площадь от сотен до нескольких тысяч квадратных метров. Глубина их обычно невелика — 1 — 2, редко 3 м. Эти бассейны заполняются слоем воды от 0,5 до 2,5 м. Устройство бассейнов разнообразное. Иногда они представляют собой прямоугольные участки, а иногда это каналы длиной 0,5 — 2,0 км и шириной 10 — 15 м. В такие бассейны вода подается в течение 4 — 5 дней тонким слоем. По мере наполнения бассейнов взвешенные тонкие частицы или просто муть постепенно забивают поры песка. Это ведет к уменьшению количества проникающей в грунт воды. Приходится бассейны отключать и приступать к их очистке. После снятия слоя в 1 — 3 см бассейн снова заполняется. В течение года эту процедуру приходится проводить до 4 — 5 раз. Чтобы пополнение подземных вод искусственным потоком не прерывалось, приходится устраивать систему бассейнов, последовательно работающих и очищаемых.

Повышение эффективности бассейнов сейчас достигается предварительной химической и механической очисткой воды, подаваемой в инфильтрационное устройство.

Инфильтрующаяся вода обычно проходит в песчаных породах путь от 30 до 120 м и более. Время, необходимое для прохождения этого пути, зависит от плотности песков и колеблется от 80 до 200 дней. Примером такой подготовки может служить фильтровальная станция Хостервиц (ГДР), снабжающая водой Дрезден. Здесь вода, получаемая из реки Эльбы, направляется сначала на химическую обработку, затем на специальные фильтры. На последнем этапе она аэрируется и уже тогда поступает в инфильтрационный бассейн площадью 20X150 м.

Другой системой создания искусственной инфильтрации является канаво-бороздовой. Для этого сооружается система канав или борозд по контуру или по деревообразной схеме. Ширина этих канав и борозд по верху 1 — 3,5 м, а по дну 0,3 — 1 м. Глубина зависит от рельефа. Такие системы особенно полезны там, где нужно использовать для подпитки подземных вод паводковые речные воды (рис. 58). Реже для инфильтрации воды используются шахты, колодцы или карьеры.

Если ставить целью пополнение водоносных горизонтов, залегающих на большой глубине, да к тому же перекрытых мощной толщей водонепроницаемых пород, то, как видно, ни бассейны, ни канавы не помогут. В этом случае устраивается буровая скважина, и через нее под давлением ведется закачка воды в требуемые горизонты. Конечно, перед закачкой вода должна пройти очистку от механических примесей и бактерий. Скорость такой закачки колеблется от 0,006 до 0,06 м³ в секунду. Эти работы дорогостоящи, сложны по своей организации и не всегда дают положительный результат.

Рис. 59. Искусственное получение горячей воды путем устройства «горячего» котла (по Ю. Дядькину)

Обычно для инфильтрации используют атмосферные, речные и озерные воды. Последние десять лет стали довольно широко использовать промышленные стоки. Можно с уверенностью предполагать, что за этим методом стоит будущее. Говоря об искусственных подземных водах, необходимо упомянуть о производ-

стве термальных вод. Установлено, что на глубинах от 2 до 4 км от поверхности температура горных пород может оказаться 100 — 160° С. Ю. Дядькин предложил получать искусственную термальную воду путем устройства двух глубоких скважин на расстоянии 500 м. Если в одну из них нагнетать воду, тогда из второй скважины будет поступать горячая вода или пар (рис. 59).

Есть и другие предложения для получения термальных вод путем использования естественного тепла земли. Этим путем удается создать мощные тепловые станции на искусственных термальных водах.