Изучение, регулирование и эффективное использование подземных вод предгорных равнин Азербайджана

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

В мире насчитывается 2,53% запасов пресной воды, большинство из них составляют реки, пресноводные озера, ледники и грунтовые воды. Учитывая адекватное водоснабжение экваториальной и умеренной зон, а также нехватку воды в тропиках и субтропиках, нет никаких сомнений в важности ее эффективного использования и открытия альтернативных источников воды для общественного пользования [2].

В зависимости от географического положения Азербайджанской Республики, особенно в текущий период, в связи с развитием сельского хозяйства, полным и эффективным использованием водных ресурсов, водоснабжения населения, производства электроэнергии, водоснабжения промышленных объектов и сельского хозяйства, и т. п. значительно повысило значение пресной воды в народном хозяйстве [3].

Для постоянного использования с целью орошения земель в республике запасы подземных вод в основном в сельскохозяйственных районах составляют 2432 млн м3/год [2, 9].

Под ресурсами подземных вод понимаются их эксплуатационные ресурсы, т.е. количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в техникоэкономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме отбора в течение всего расчетного периода эксплуатации. Оценка эксплуатационных ресурсов подземных вод для целей орошения в рамках систем совместного использования связана с необходимостью учета ряда специфических особенностей. Во-первых, это касается режима отбора, связанного с вероятностным характером поверхностного стока и водопотребления, а также их внутригодовым распределением. Во-вторых, это связано с необходимостью учета распределения питания и разгрузки подземных вод (инфильтрации оросительных вод на полях и эвапотранспирации).

В водном балансе Азербайджана наблюдается дефицит воды, среднегодовой коэффициент расхода воды колеблется в пределах 0,07–0,44. Самые высокие коэффициенты стока (0,55–0,62) наблюдается в западной части южного склона Большого Кавказа, в бассейне реки Ганых, а самые низкие (0,07–0,15) — в Гобустане, Аджиноурской равнине, Джейранчоле и Южном Кавказе [4, 5].

При использовании термина гидрогеологический район (зона) подразумевается территории, характеризующие основные характеристики гидрогеологических условий, или территории в определенных границах. Гидрогеологическое районирование осуществляется в разных масштабах с учетом воздействия различных факторов и задач. То есть изучение гидрогеологических условий района варьируется в зависимости от цели проводимых на участке работ [6].

В качестве основной единицы при гидрогеологическом районировании приняты первичные бассейны подземных вод на основе геолого-тектонических структурных единиц: например, Большой Кавказ, Малый Кавказский мегаантиклинории, образовавшийся между ними Куринский синклинорий (отложения) и закономерность Талышской горной системы. Внутри этих структур осуществляется питание (сбор, формирование), движение, дренаж и т. д. подземных вод. Подземные групповые потоки разделяются с учетом геологических, геоморфологических, гидродинамических и гидрохимических условий внутри каждого из них.

Водные бассейны Ганых-Айричайского, Самур-Гусарчайского, Гянджа-Газахского, Гарабахского, Мильского, Джебраильского, Нахчыванского, Ширванского и Ленкоранского предгорий и равнин, имеющие исключительное значение в гидрогеологии Азербайджана, представляют собой регионы, богатые грунтовыми водами с относительно малой минерализацией.

Воды бассейна рек, берущих истоки с Большого и Малого Кавказа и Талышских гор и в предгорьях и Межальпийской равнины сложенной отложениями аллювиального, аллювиально-пролювиального и аллювиально-делювиального происхождения, состоящими из булыжника, гальки, песка и гравия, глины и суглинков верхнеплиоцен-четвертичного и четвертичного возраста, являются преимущественно мощными (300–500 м, иногда 1500–2000 м) в перемешанных конусах стока рек, берущих истоки с Большого Кавказа, Малого Кавказа и Талышских гор в предгорьях и Межальпийская равнина сложенные отложениями аллювиального, аллювиально-пролювиального и аллювиально-делювиального происхождения, состоящими из булыжника, гальки, песка и гравия, глины и суглинков и являются достаточно богатыми маломинерализованными ресурсами подземных вод.

При обсуждении методики выявления месторождений подземных вод с закономерностями в горных районах и оценки ресурсов в депрессионных зонах основные характеристики гидрогеологических условий определяются следующим образом [7]. Учитываются следующие параметры:

• -    Литологический состав водоносных горизонтов закономерно меняется от основных частей речных бассейнов к периферии. В основных частях водоносные горизонты состоят из мощных слоев камня, гравия и гравия мощностью 250–300 м и более. По мере уменьшения высоты надгорной зоны коренные породы, гравий и гравий сменяются песком, илом и глиной, а единый водный горизонт разделяется на несколько слоистых горизонтов.

• -    На основных участках, на глубинах 50–60 м и менее, глубина уровня подземных вод изменяется в этом направлении и приближается к поверхности на участках, где гравий и галька с низкой водопроницаемостью заменяют основные породы.

• -    Проницаемость водоносного горизонта снижается от основных частей к закономерностям и от центральных частей к межбассейновым участкам.

• -    Существует тесное взаимодействие подземных и поверхностных вод. Поверхностный сток происходит в основных частях речных бассейнов, где распространены гравий и галечник, а грунтовые воды стекают в реки и каналы по краям бассейнов.

• -    Проницаемость водоносного горизонта снижается от основных частей к закономерностям и от центральных частей к межбассейновым участкам.

• -    Особые условия питания и отвода подземных вод. В районах распространения гравия грунтовые воды питаются речным стоком и дренирующими оросительными водами (из каналов и оросительных полей). Разгрузка подземных вод происходит по дренажным сетям, впадающим в реки и каналы. На участках, где распространены артезианские и неартезианские горизонты вод, артезианская вода просачивается в неартезианские горизонты воды за счет поднятия и давления.

• -    Регулярность изменения качества подземных вод. Напорные водные горизонты с артезианскими характеристиками в районах распространения гравия и в нижних частях впадин пресные, а напорные воды в нижних частях впадин менее пресные и минерализованные.

В зонах речных бассейнов запасы подземных вод формируются в результате естественного дренажа, добычи воды из колодцев, фильтрации оросительной воды на оросительных площадях. При расположении дренажных колодцев в низовьях бассейнов рек продуктивность основного водного горизонта может существенно снижаться из-за большего или меньшего притока грунтовых вод из основного артезианского горизонта [1].

По назначению гидрогеологические скважины делятся на разведочные, разведочные, поисково-эксплуатационные, наблюдательные и эксплуатационные. Разведочные скважины бурятся в процессе разведки и планирования. Их бурение направлено на изучение общих геолого-гидрогеологических условий, выявление водных горизонтов и комплексов, проверку их качества (отбор проб, проверка насоса, экспресс-тестирование и т. п.) [3]

Разведочные скважины бурятся для разведки перспективных участков с залежами воды. Бурение таких скважин связано с точным изучением гидрогеологических условий этих месторождений и определением условий их использования в народном хозяйстве. В разведочных скважинах проводятся сложные гидрогеологические и другие виды исследований (отбор проб и испытаний воды, мониторинг уровня воды и др.) (Рисунок). В процессе разведки бурятся разведочно-эксплуатационные скважины и после комплексных гидрогеологических и других исследований по ним используются для разработки вод [3].

Наблюдательные скважины могут быть оснащены устройствами на любом этапе разведки и в зависимости от назначения используются либо для наблюдения и регулирования режима подземных вод при разведке и эксплуатации (естественный и искусственный режимы подземных вод), либо для наблюдения за изменениями водных объектов, которые позволяют изучать режимные показатели подземных вод при проведении экспериментальных гидрогеологических работ (уровень воды, химический состав, температура и т. д.).

Рисунок. Разведочная скважина

В процессе разведки и эксплуатации подземных вод может возникнуть необходимость использования разведочных скважин в качестве разведочных и наблюдательных скважин, а также наоборот. Перевод скважин из одной категории в другую следует учитывать при планировании геологоразведочных работ. Это может способствовать повышению геологической и экономической эффективности работ. Понятно, что требования к бурению и строительству гидрогеологических скважин разных категорий неодинаковы. Способы бурения гидрогеологических скважин определяются исходя из местных геологических и гидрогеологических условий, целей исследований, плановых глубин и диаметров скважин и других факторов. На следующем рисунке показана буровая установка [8].

Для бурения гидрогеологических скважин применяют следующие методы бурения: прямое роторное бурение (с прямой и обратной циркуляцией), ударное бурение и их комбинации; для глубоких скважин — вращательное (роторное), реактивно-турбинное и колонное бурение.

Метод прямого роторного бурения пригоден для разведки в хорошо изученных геологогидрогеологических условиях, артезианских горизонтах с низким давлением и малым дебитом. Этот метод обеспечивает быстрое освоение глубоких скважин, применение простых конструкций, высокие технико-экономические показатели при бурении [8].

С другой стороны, обратно-циркуляционное бурение применяется в условиях глубокого залегания грунтовых вод (более 3 м) и в сплошных водоносных горизонтах глубиной 300 м и более и диаметром 1000 мм и более. Этот метод применяется при необходимости бурения разведочно-эксплуатационных и эксплуатационных скважин.

Метод ударного бурения применяется в слабоизученных геолого-гидрогеологических условиях, при низком давлении в водных горизонтах, когда требуется бурение на глубину 100–150 м в гравийно-гравийных отложениях. Способ предполагает бурение гидрогеологических скважин в гравийно-гравийных отложениях [3].