Поиски и разведка подземных вод - Каменский Г.Н.

{012} Глава I. Учение о генетических типах подземных вод, как основа гидрогеологических поисков
{037} Глава. II. Значение тектоники и геоморфологии для выявления мест накопления ресурсов подземных вод
{062} Глава III. Гидрогеологические съемки, как метод первоначальных поисков подземных вод
{096} Глава IV. Основные вопросы разведочного бурения на воду и геофизические разведки для гидрогеологических целей
{114} Глава V. Изучение режима подземных вод
{135} Глава VI. Разведка подземных вод в целях их использования для водоснабжения
{206} Глава VII. Подземные воды в строительстве гидротехнических и других инженерных сооружений
{228} Глава VIII. Гидрогеологические исследования для осушения
{243} Глава IX. Гидрогеологические исследования для ирригации
{298} Глава XI. Подземные воды нефтяных месторождений
Автор: Каменский Г.Н.
Теги: география геология гидрогеология подземные воды водные ресурсы
Год: 1947
Похожие
Поиски и разведка подземных вод для крупного водоснабжения: Методическое пособие
Поиски и разведка пресных подземных вод
Изучение и прогноз техногенного режима подземных вод (при освоении месторождений полезных ископаемых)
Подземные воды криолитозоны
Текст
                    ^1
i
;.*
Г.Н. КАМЕНСКИЙ
ПОИСКИ
PA 3 BEДКА
ПОДЗЕМНЫХ
В ОД
II
ГО С Г ЕОЛИ ЗДА Т
'*' == / о & 7

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР
Г. ft. КАМЕНСКИЙ
ПОИСКИ И РАЗВЕДКА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Одобрено Министерством геологи'** СССР
в качестве учебника для геолого-разведочных втузов
sywt
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МИНИСТЕРСТВА ГЕОЛОГИИ СССР
МОСКВА 1947 ЛЕНИНГРАД

Редактор А. Я. Семгіхатов Техй. редактор А. И.Красно?ския
Сдано в набор 24/IV-1947 г. Подписано к печати 27/VШ-1947 г.
Формат бум. 60х92і/іб Тираж 5000
Печ. лист. 195/8 Уч. издат. л. 23,3
Зак. 372 Цена 17 р. М05650
Типография Картфабрики Госгеолиздата

ПРЕДИСЛОВИЕ
Дисциплина под наименованием «Поиски и разведка подземных
вод» появляется у нас впервые. По содержанию она охватывает
собой учение о способах выявления ресурсов подземных вод, их
количественной и качественной оценки, а также включает
комплекс гидрогеологических задач, возникающих при строительстве
инженерных сооружений, в горном деле, в осушительных мелио-
рациях и ирригации. Перечисленные вопросы составляют
содержание III раздела курса гидрогеологии для специальности
«Гидрогеология и инженерная геология» Московского геологоразведочного
института и геолого-разведочных факультетов ряда втузов СССР.
1-й раздел этого курса — общая гидрогеология,
2-й раздел — динамика подземных.вод,
3-й раздел — поиски и разведки подземных вод (или, по
другим програмамм, специальный курс гидрогеологии),
4-іі раздел — подземные воды СССР (региональная
гидрогеология) .
Курс «Поиски и разведка подземных вод», иначе
называющийся специальным курсом гидрогеологии, преподается в наших
геолого-разведочных втузах и з геолого-разведочных техникумах
примерно с 1930 г. Пособиями по этому курсу были отдельные
главы известных руководств по гидрогеологии (Кейльгак, Принц, Са-
варенский), некоторые методические пособия и инструкции, как,
например, сборник «Методы исследования и опробования жидких
полезных ископаемых», вышедший в 1933 г., В. А. Приклонского
«Изучение физических свойств и химического состава подземных
вод», Д. Н. Щеголева «Гидрогеология рудника», М. Е. Альтовского
«Методика гидрогеологических исследований в целях
водоснабжения». В 1937 г. появилась книга А. И. Силина-Бекчурина «Курс
специальной гидрогеологии для техникумов», первая часть
которой посвящена динамике подземных вод, вторая — методике
специальных гидрогеологических исследований. Вторая часть по
содержанию отвечает нашей книге и является первым учебным
руководством по данному предмету, она включает рассмотрение
вопросов гидрогеологического исследования для водоснабжения,
гидрогеологического исследования под плотины, для ирригации и
осушения, вопросы искусственного понижения грунтовых вод,
исследование минеральных вод, нефтяных вод.
3

Настоящая книга явилась результатом длитслыіиі работы
автора, протекавшей н процессе преподавании курса гидрогеологии
в Московском геолого-разведочном институте.
Так как такой курс до 1930 г. вообще нигде не преподавался, то
перед автором в процессе чтения лекций и при составлении учебника
возникли трудные задачи, которые осложнялись слабой
разработанностью методики гидрогеологических исследований. Некоторые
задачи практической гидрогеологии лишь впервые возникли в этот период.
Работа над учебником заключалась не только в
систематическом изложении уже установившейся методики
гидрогеологических поисков и разведок и разрешения различных задач
практической гидрогеологии, но в ряде случаев пришлось разрабатывать
вновь эту методику или осваивать для учебных целей новый
материал из богатейшей гидрогеологической практики в нг.шей стране.
Особенно много пришлось поработать над формулировкой
основных принципов поисков и разведок подземных вод и над
методикой оценки ресурсов подземных вод, над вопросами режима под-,,
земных вод в свіізи с влиянием на них различных искусственных
факторов — эксплоатации откачкой, подпора гидротехническими
сооружениями, ирригации.
В начале книги пришлось остановиться подробно на некоторых
общих вопросах гидрогеологии ввиду того,, что в существующей
учебной литературе по гидрогеологии трактовка этих вопросов
значительно отстала от современной науки.
Это в особенности относится к вопросам генезиса подземных
вод и режима, которым в книге посвящены большие главы.
Последние могут показаться несколько громоздкими и излишними для
данного практического курса, однако без них невозможно создание
научной базы излагаемой в курсе практической методики..
В специальных главах книги главное внимание уделено теме
поисков и разведок подземных вод, как источников водоснабжения, в
которой развиты попутно и общие приемы гидрогеологических работ.
Вопросы поисков и разведок минеральных вод лечебного и
промышленного значения не вошли в наш учебник, так как по
новому учебному плану, утвержденному Комитетом по делам геологии
и Комитетом по делам высшей школы в 1944 г., специальности
«Гидрогеология и инженерная геология», «Минеральныеводы»
вводятся как самостоятельный обязательный курс, и по этому курсу
одновременно с нашим написан учебник А. М- Овчинниковым.
Автор отчетливо сознает, что в предлагаемой книге учение о
поисках и разведках подземных вод не получило еще всесторон*
него развития.
• Предстоит еще большая работа, направленная к тому, чтобы
наметить четкие контуры этой новой дисциплины и насытить ее
конкретным содержанием, отображающим накопленный
практический опыт и современные знания в данной области.
Книгу просматривали профессора В. М. Крейтер, О. К. Лаиге и
А. Н. Семихатов, которым я выражаю искреннюю благодарность
за ценные указания.
4

ВВЕДЕНИЕ
§ 1. Краткий обзор развития задач поисково-разведочного
дела в гидрогеологии
Подземные воды занимают особое место среди других
полезных ископаемых и минералов земной коры как по своей природе,
так и по масштабу использования и значению в различных
отраслях народного хозяйства.
Использование подземных вод как источника водоснабжения
не ограничивается какими-либо отдельными районами
месторождений, а охватывает сплошь населенные территории, в той или иной
степени освоенные хозяйственной и культурной деятельностью
человека.
Наряду с этим могут быть отмечены многочисленные участки,
где подземные воды приобретают свойства минеральных вод
лечебного или вод промышленного значения и являются полезными
ископаемыми в собственном смысле слова (рассолы, иодо-бромные
воды, радиевые воды).
Влияние воды на свойства горных пород и водный режим почв,]
неизбежнее присутствие подземных вод, начиная с некоторой глу-1
бины от поверхности, ставит их в число важнейших природных!
факторов в строительстве инженерных сооружений, горном деле!
и сельском хозяйстве. \
В связи со сказанным в нижеследующем кратком очерке
развития задач поисков и разведок подземных вод в СССР мы
должны выделить несколько направлений.
Наиболее значительное развитие получили поиски и разведки.
подземных вод для водоснабжения населенных пунктов и
промышленных предприятий. Первоначально гидрогеологические работы в
этой области носили характер обоснования постановки бурения
артезианских скважин или же научных обобщений данных о
буровых на воду скважинах. Первые такие работы появились в России
примерно в середине XIX в. в связи с бурением артезианских
скважин в Крыму и других местностях. Затем в конце XIX в.
возникли детальные гидрогеологические работы по разведке
подземных вод.
5

Одной из норных детальных гидрогеологических работ было
исследование грунтовых вод в районе селения Большие Мытищи для
расширения московского водопровода. В составе этих работ были
проведены исследования водоносности древнеаллювиальных и флю-
виогляциальных отложений в верховьях реки Яузы, работы по'
изучению водного баланса бассейна этой реки и опытные откачки.
Другой крупной работой по разведке подземных вод с
определением их ресурсов в конце прошлого столетия было
гидрогеологическое исследование в районе так называемого Силурийского
плато, где предполагалось получить воду для водоснабжения
Петербурга.
Наряду с разведочными гидрогеологическими работами на
конкретных некоторых объектах, подобных сейчас названным, еще в
XIX в. получили развитие гидрогеологические исследования
регионального характера, охватывающие широкие территории и
выявляющие на них ресурсы подземных вод, пригодные для
использования. Из этого рода работ особенно надо отметить
исследования гидрогеологического отдела экспедиции по изучению
истоков русских рек (С. Н. Никитин) [57].
Сюда же относятся гидрогеологические исследования,
организованные Геологическим комитетом и другими организациями
для выяснения водных ресурсов некоторых крупных, главным
образом засушливых, районов, недостаточно обеспеченных водой для
водоснабжения.
Исследования эти давали ценный материал для познания
водных ресурсов в районах в виде гидрогеологических описаний,
геологических и гидрогеологических карг; они имели также большое
методическое значение, положив основу для развития методики
гидрогеологической съемки.
Методический опыт указанных исследований получил
обобщение впервые в руководствах и инструкциях С. С. Козменко [32],
А. Н. Мазаровича [48] и В. А. Жукова [201.
После Великой Октябрьской революции, особенно в годы
сталинских пятилеток, гидрогеологические поисково-разведочные
работы развернулись очень широко. Среди этих работ было много
детальных исследований, давших, наряду с разрешением
поставленных практических задач, также материал, ценный для
развития методики детальных гидрогеологических исследований. К
такого рода работам относятся гидрогеологические исследования
для второй очереди Баку-Шолларского водопровода (Игнатович),
гидрогеологические исследования в Донецком бассейне (Щеголез,
Синягин, Ильин), в районе Москвы, в г. Туле (Альтовский) [3],
в Ахшабаде (Калугин), Минске (Богомолов) и Тбилиси (Диаса-
мидзе).
Другое направление в гидрогеологических поисках и
разведках связано с минеральными водами лечебного и промышленного
значения. В изучении минеральных вод были выработаны
оригинальные методы исследования. Вместе с этим работы по
гидрогеологии минеральных вод дали много и для общей птлрогеплогиче-
6

ской методики, особенно в части генезиса и химизма вод. В
настоящее время крупное обобщение по методике разведки
минеральных вод дано А. М. Овчинниковым [76], в книге которого мы
находим также обстоятельный обзор истории данного вопроса.
Наряду с поисками и разведками подземных вод для
различного их использования в гидрогеологической практике крупное
место заняли работы по исследованию подземных вод и связанных
с ними гидрогеологических явлений для строительства
гидротехнических и других инженерных сооружений, для ирригации,
осушения, горного дела.
Различные виды исследовательских работ, относящихся в
настоящее время к инженерной геологии, прежде составляли одну
из отраслей гидрогеологии. Вместе с широким развитием
исследований по запросам многочисленных крупных строек периода
первых лет сталинских пятилеток возникла новая молодая
дисциплина—инженерная геология, которая объединяет учение о физико-
технических свойствах горных пород и о геологических явлениях,
связанных с инженерными сооружениями. Границы между той и
другой дисциплинами до сих пор еще не вполне установились.
Нередко одни и те же вопросы рассматриваются и в
гидрогеологии и в инженерной геологии, хотя с несколько различных точек
зрения.
При самостоятельном существовании инженерной геологии
продолжают развиваться и чисто гидрогеологические проблемы,
служащие для инженерно-строительного дела, как, например,
проблема влияния гидротехнических сооружений на режим подземных
вод (подпор грунтовых вод), вопросы борьбы с подземными
водами в процессе производства строительных работ. ¦,
Особая методика была создана для изучения гидрогеологии
ирригационных районов. Одной из причин, вызвавших эти
исследования, были потребности в расширении орошаемых площадей и в
Особенности в расширении хлопковых плантаций, а также явления
засоления почв при ирригации. '"***
Основой для создания методики гидрогеологических исследова-Х
ний для ирригации послужили работы, выполненные под руковод-S
ством акад. Ф. П. Саваренского [96] и при участии В. А. Приклон-с
ского [90] на территории низменностей восточного Закавказья^
(Муганская и Мильская степи).
В числе задач практической гидрогеологии должно быть
отмечено изучение рудничных или шахтных вод и методов борьбы с ними.
Задачи эти с развитием горного дела в СССР выросли в целую
самостоятельную отрасль гидрогеологии, получившую название
рудничной гидрогеологии. Последней посвящен ряд
исследовательских работ (Щеголев, Троянский, Прохоров, Сергеев и Беляев),
создавших специальную методику гидрогеологических
исследований для обоснования строительства новых рудников и
гидрогеологической службы на существующих рудниках.
Краткий перечень различных гидрогеологических работ,
проводившихся в нашей стране в прошлом и ведущихся в широком
7

масштабе в настоящее время, свидетельствует о необычайном
разнообразии видов работ, сложности методики и обилии материалов
"произведенных исследований.
Накопившийся огромный материал по подземным водам
различных районов СССР послужил для создания каталогов буровых
на воду скважин [16, 17, 57], региональных гидрогеологических
описаний и монографий по отдельным районам.
С учебной точки зрения мы должны прежде всего отметить
первую сводку по подземным водам СССР А. Н. Семихатова [101],
в которой даны основные черты распределения ресурсов подземных
вод на Европейской территории СССР.
Методический опыт, накопившийся в деле исследования и
разведки подземных вод, отображен в некоторых учебных пособиях,
из которых первыми в нашей стране были переведенные с
иностранного книги Кейльгака [32], Слихтера [1081, Гефера [22],
Принца [91, 92], Кене [38], затем ряд русских учебников и учебных
пособий: О. К. Ланге [51], Ф. П. Саваренского [98], Н. Н. С лав я -
нова [106], В. А. Приклонского [891, Н. И. Толстихина [118], А. И.
Силина-Бекчурина [103]. Сюда же относится ряд инструкций по
производству гидрогеологических исследований, изданных в 1933 г.
в виде сборника «Методы исследования и опробования жидких
полезных ископаемых».
Отдельно отметим работы М._Е. Альтовского и Н. А. Плот- ...
; никева,- -'-в- которых ,'З.еШіик^
*- для водоснабжения рассмотрена как научная проблема [3,
; 82, 83].
Большое значение для развития методики разведки подземных
вод, особенно в части определения их количества (ресурсов),
имели работы по динамике и режиму подземных вод Г. Н.
Каменского [34, 36], Н. П- Биндемана [34], М. А. ВевиоровскЬй [34, 13],
А. С. Храмушева [127], Н. К. Игнатовича [28], М. Е. Альтовского
[4], М. А. Шмидта [132], Н. К. Гиринского.
В настоящее время вопросы поисков и разведок подземных вод
для водоснабжения составили основную отрасль практической
гидрогеологии, в которой методические вопросы
гидрогеологических исследований получили довольно обстоятельное развитие.
Первым русским учебником, охватившим большинство из
рассмотренных выше вопросов, является книга А. И.
Силина-Бекчурина «Специальный курс гидрогеологии для техникумов», в
котором дано сжатое популярное изложение методики
гидрогеологических исследований для водоснабжения, осушения, ирригации и
для использования минеральных вод.
В установлении общих научных принципов гидрогеологических
поисков мы не можем пройти мимо того огромного опыта,
который накоплен в геолого-разведочном деле вообще и который
получил свое отображение в работах по поискам и разведкам
полезных ископаемых. Из этих работ остановимся на двух крупнейших
руководствах — В. М. Крейтера [45] и А. Е. Ферсмана И25].
В этих руководствах мы находим освещение принципиальных по-
8

просов научного обоснования методики поисков и разведок
полезных ископаемых.
В книге академика А. Е. Ферсмана проблема поисков полезных
ископаемых рассматриваетсяПГак проблема геохимическая.
«Геохимия выдвинула целый ряд закономерностей распределения; -и'
совместного нахождения элементов и минералов в земной коре».
«Этим она наметила пути для поисков полезных ископаемых в
определенном районе, в областях определенной тектоники, в поро-і
дах определенного петрографического типа. Основным лозунгом/ |
геохимических поисков стала закономерность распределения эле-' /
ментов в земной коре и связь этих закономерностей с ее геолог V
"гиче^кой историей» [125]. ¦ -f
В книге В. М. Крейтера дана разработка системы
геолого-разведочного процесса на основе научного познания «форм
месторождений, их минерального состава и вмещающих пород».
Заканчивая обзор задач практической гидрогеологии, мы
должны отметить, что, несмотря на большое разнообразие этих задач,
к ним применимы в полной мере общие принципы
геолого-разведочного дела. Будут ли поиски и разведки подземных вод
направлены на выяснение условий их использования.или же на
разрешение вопросов борьбы с ними — в тех и других случаях знания] |
закономерностей генезиса вод и форм их нахождения в природе! I
должны быть в полной мере использованы, и в сочетании с зна-1 I
тем динамики и режима подземных вод должны послужить на-! J
учной базой различных видов гидрогеологических поисков и раз-! *
,ведок. '
§ 2. Содержание и стадии гидрогеологических
поисков и разведок
В определении содержания гидрогеологических работ на
различных стадиях их развития ведущее значение имеют три
основных вопроса: 1) генезис подземных вод, 2) формы их нахождения
в природе (условия и формы залегания водоносных толщ) и
3) режим и динамика.
В стадии поисков ведущим моментом является знание основ-
ных~"з"ак6номерностей генезиса, на чем основано установление
типов подземных вод и закономерностей их распределения по
вертикальным зонам, земной коры и на территории изучаемой страны.
Выяснение этих вопросов дает основу для правильного
направления поисков тех или иных типов вод, удовлетворяющих
намеченным целям исследования: например, поиски источников питьевого
водоснабжения, поиски минеральных вод для данного курорта,
поиски рассолов или щелочных вод для химической
промышленности, поиски вод для орошения.
В деле применения тех или иных технических способов
поисково-разведочного дела (съемки, бурение, геофизические методы
разведка) ведущее значение приобретают формы нахождения
подземных зод в природе. Например, различный характер принимают
9

поиски и разведки для естественных выходов подземных вод
в виде источников, для неглубоких грунтовых потоков, для
глубоких артезианских вод, для трещинных, для карстовых вод.
Дальнейшее развитие познаний об условиях залегания
подземные вод, о накоплении их запасов в тех или иных местах требует
изучения врдовмещаіои;их геологических структуру характер
которых определяет иногда в качество и количество вод.
В стадии детальные разведок, когда определяются ресурсы
подземных вод и условия их использования, помимо
рассмотренных вопросов, значение ведущего момента приобретают режим и
динамика подземных вод. " --------—— —
""" Наконец, во всех стадиях исследования содержание
гидрогеологических работ определяется также характером задач. Будут
ли это поиски и разведки подземных вод для их использования,
или это — гидрогеологические исследования для различного
строительства, ирригации осушения и горного дела, — в каждом
конкретном случае подземные воды и связанные с ними
гидрогеологические явления изучаются с различных точек зрения.
В соответствии с рассмотренными моментами, определяющими
характер и состав поискозо-разведочных гидрогеологических
работ, в дальнейшем изложении мы остановимся сначала на
отмеченных выше ведущих моментах: на генезисе, условиях
«залегания» и режима подземных вод, а затем перейдем к специальным
гидрогеологическим исследованиям для конкретных практических
целей, среди которых мы должны особо выделить следующие:
1) поиски и разведки подземных вод как источников
водоснабжения, 2) гидрогеологические исслед^вания_для^осушительных ме-1
лиораций, 3) гидрогеологические исследегегашгя длд_ ирригации,,
4) изучение режима подземных вод^дл^строительства
гидротехнических и других инженерных сооружений, 5) изучение
гидрогеологии месторождений полезных ископаемых (рудничные и нефтяные
воды).
Поиски и разведки минеральных вод лечебного и
промышленного значения, хотя и не рассмотрены отдельно в нашей книге,
тем не менее они должны считаться, несомненно, одной из
отраслей рассматриваемого предмета.

Г' л а в а \
УЧЕНИЕ О ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТИПАХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
КАК ОСНОВА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПОИСКОВ
§ 3. Понятие о генетических типах подземных вод
и о процессах их формирования
Современные наши познания о генезисе подземных вод
формируются в настоящее время в сложное учение, которое, являясь
одним из основных разделов гидрогеологии, своими корнями
глубоко проникает в другие науки о земле: геохимию, петрологию,
почвоведение, гидрологию.
Основные черты данного учения в СССР наиболее полно
наметились выдающиейся работой академика В. И. Вернадского^
«История природных вод» [!51, в которой подземные воды и их",
химический состав определяются как результат подвижных не-
устойчивых равновесии:
1) внутреннее равновесие молекул НгО,
2) равновесие : природная вода;~~ природный газ,
3) равновесие : природная вода ^z природные жидкости,
4) равновесие : природная водами природные твердые тела,
5) равновесие: природная вода лживые существа.
По мысли В. И. Вернадского история воды в земной коре
должна рассматриваться наравне с геологической историей других
минеральных тел.
С этой точки зрения к воде применимы и общие
закономерности, определяющие миграцию химических элементов и их
распределение в земной коре.
Акад. А. Е. Ферсман в своих работах по геохимии ввел
научные принципы, определяющие установление генезиса минералов;
он ввел понятия «генетический тип» и «генетический цикл»,
применение 'которых к подземным водам позволяет привести наши
представления об их генезисе в довольно стройную систему.
«Выяснение типа генезиса, — говорит А. Е. Ферсман, — есть
не что иное, как приурочение химического процесса образования
минерала к определенному комплексу геологических факторов во
11

времени и пространстве... Этим путем устанавливается та
термодинамическая зона, в пределах которой шло образование минерала
и, наконец, та последовательность, в которой шли отдельные
генетические процессы. Последнее намечает собою то, что я называю
генетическим циклом».
Под этим термином А. Е. Ферсман подразумевает
«совокупность тех генетических процессов, которые связаны определенною
последовательностью, например, магматический процесс, послевул-
канический гидротермальный и т. п.» [93].
Новейшие работы русских гидрогеологов выявили в проблеме
генезиса подземных вод наряду с геохимическими процессами
ведущую роль динамики вод.
Значение этого фактора отчетливо выяснил Н. К- Игнатович
в своей работе о подземных водах палеозоя русской платформы
[30], где он установил в зависимости от динамики вод характерные
вертикальные зоны подземных вод: верхняя зона «активного
водообмена», характеризующаяся преобладанием пресных инфиль-
трационных вод, средняя зона затрудненного или замедленного
водообмена, отличающаяся развитием сульфатных вод, нижняя
зона застойного режима, занимающая глубокие толщи осадочных
пород и характеризующаяся высокой минерализацией вод,
нередко достигающей концентрации рассолов.
Таким образом, проблема генезиса подземных вод приобретает
довольно широкое освещение при учете комплексов генетических
процессов как геохимических, так и гидродинамических.
Применяя терминологию А. Е. Ферсмана, мы можем здесь
наметить несколько генетических циклов:
1. Инфилырационный или континентальный генетический цикл,
связанный с инфильтрацией атмосферных вод, с комплексом
геохимических процессов, идущих в верхней зоне земной коры под
влиянием участия атмосферных факторов: выветривания,
почвообразования, жизнедеятельности организмов.
2. Морской или осадочный генетический цикл, связанный
с проникновением морских вод в процессе осадкообразования и
в дальнейшем с процессами диагенеза осадков и метаморфизации
заключенных в них вод.
3. Метаморфический и магматический циклы, к которым
относятся процессы формирования глубинных вод, связанные с
термальным, динамическим и региональным метаморфизмом и
магматическими процессами. Относящиеся к этим циклам воды
глубинного генезиса (глубинные гидротермы) заключают в себе ювениль-
ные воды и так называемые «восстановленные» воды, т. е. воды,
возродившиеся из горных пород под влиянием процессов
метаморфизма.
Конкретные проявления того или иного цикла в определенной
геологической обстановке дает тот или иной генетический тип
подземных вод. При этом намечается ряд генетических типов вод
в пределах выделенных выше циклов, а также типы вод,
являющиеся результатом сложного генезиса, сложившегося из последэ-
12

нательной смены в данном месте одного цикла генетических
процессов другим. Примером такого наложения процессов является
формирование вод, лри. замещении морских погребенных вод ин-
фильтрационными атмосферными, проникающими в морские -
осадочные толщи.
Инфильтрация атмосферных и поверхностных вод охватывает
верхнюю зону земной коры, глубина которой колеблется в
довольно широких пределах в зависимости от ряда факторов: от
общей водопроницаемости горных пород, характера геологических
структур, степени расчлененности рельефа поверхности и разности
высот областей питания и дренирования, климатических условий и
в целом в зависимости от геологической истории района. Мы
имеем в виду проникновение в глубину инфильтрационных вод не
только современное, но и происходившее в минувшие
геологические 2ПОХИ.
Ведущим процессом в образовании вод инфильтрациониого
цикла является инфильтрация атмосферных и поверхностных вод.
Сюда же относится и конденсация водяных паров, которая в
некоторых местах имеет, несомненно, существенное значение в
питании грунтовых вод.
Собственно инфильтрация, или просачивание, воды идет в почве
и в грунтах зоны аэрации; далее в пределах водоносного слоя
инфильтрация переходит в подземный сток, который
осуществляется в виде различного вида подземных потоков (пластовых,
карстовых, трещинных). •
Процесс подземного стока может пойти по различным путям
в зависимости от геологических условий и условий дренирования
водоносных толщ. Здесь может быть три основных случая. В
первом случае— в грунтовых водах он заканчивается относительно
недалеко от области питания выходом нисходящих источников.
Исключением являются области засушливых равнин, где
вследствие преобладания испарения подземный сток развивается в
ограниченном размере, источники не образуются и грунтовые воды
в значительной мере расходуются на испарение, что приводит
к развитию процессов континентального засоления.
Во втором случае — при более глубокой циркуляции вод
инфильтрация питает артезианские бассейны и потоки, заканчиваясь
через более или менее длительный период на более или менее
значительном расстоянии от области питания выходом
восходящих источников. Наконец в третьем случае инфильтрационная вода
попадает в область выхода глубокого пласта, насыщенного пер
бичными водами другого генезиса (так называемыми погребенными
водами) и вступает в процесс медленной миграции и замещения
вод первичной генерации, совершающийся в течение длительного
геологического времени. При этом воды первичной генерации
выходят в других благоприятных для того местах в виде
минеральных восходящих источников, сохраняя свою первоначальную
обычно высокую минерализацию, или же разбавляясь
подмешивающимися при выходе пресными водами.
13

В зависимости от направления генетических процессов инфиль-
трационного цикла, развивающихся в различных геологических и
физико-географических условиях, могут быть выделены
следующие основные генетические типы вод:
1-й тип. Грунтовые воды выщелачивания,
формирующиеся в условиях достаточно интенсивного развития процессов
инфильтрации атмосферных вод, т. €. в условиях достаточно
влажного климата, где воды выщелачивания имеют сплошное
распространение, или в зоне сухого климата на участках, благоприятных
для инфильтрации и подземного стока.
2-й тип. Грунтовые воды континентального
засоления, формирующиеся в засушливых степных и пустынных
равнинах под влиянием интенсивного испарения и процессов
взаимодействия с засоленными почвами.
3-й тип. Артезианские воды выщелачивания или
воды глубокой циркуляции, подразделяющиеся на два подтипа:
а) воды артезианских бассейнов в широких впадинах платформ,
характеризующиеся малыми скоростями и длительными путями
циркуляции, обусловленными значительной протяженностью
бассейнов и относительно небольшими превышениями областей
питания над областями стикз; б^ воды глубокой циркуляции
(артезианские и трещинные) тектонических структур горно-складочных
областей, характеризующиеся относительно интенсивной
циркуляцией и сопровождающиеся иногда выходом восходящих
термальных источников.
В пределах каждого типа имеются характерные виды
химического состава вод, образование которых зависит от состава пород
и от характера геохимических процессов. Воды выщелачивания,
грунтовые и артезианские, преимущественно пресные или, реже,
.минерализованные при наличии большого количества растворимых
солей в водоносных породах. Грунтовые воды континентального
засоления преимущественно высоко минерализованы и
характеризуются пестротой химического состава, присутствием наряду с
солеными пресных вод.
§ 4. Процессы формирования и химический состав
вод выщелачивания
В комплексе процессов, Еедущих к формированию вод,
связанных с инфильтрацией атмосферных осадков, ведущее значение
имеют процессы выщелачивания горных пород, растворение и
вымывание соединений, образующихся при выветривании,
почвообразовании и жизнедеятельности организмов.
Просачивающаяся сверху вода обычно совсем лишена
растворенных солей, но содержит углекислоту и кислород,
заимствованные из воздуха и из почвы, где СОг образуется при окислении
органических веществ. Вода эта благодаря присутствию СО-»
является активным растворителем не только для хорошо
растворимых солей,, как, например, NaCl, CaS04 и др., по и для мало рас-
14

творимых карбонатов кальция и магния, причем в присутствии С02
образуются более растворимые их гидрокарбонатные соли:
СаСОя | С01 + Н40 = Са(НСО:|)а-
В результате выщелачивания этих пород атмосферной водой,
содержащей свободную углекислоту, происходит формирование
гидрокарбонатных вод:преимущественно іидрокарбонатно-кальци-
евых, i идрокарбоиатно-калпено-магниепых, отличающихся ввиду
малой растворимости данных'солей невысокой минерализацией—в
среднем 300—500 мг/л и не выше ККЮ мг'л.
Примесь других соединений и гидрокарбонатных водах обычно
невелика. ГидрокарГнппгшие пресные воды являются наиболее
распространенным н наилучшим по качеству источником
водоснабжения. Па характеристике вод в этом отношении мы подробно
еще остановимся и специальной главе.
И случаях крайней степени выщелоченности почв и грунтов,
имеющей место в северных областях с избыточным увлажнением,
избыток инфильтрационных токов атмосферной воды приводит
здесь к вымыванию не только всех углекислых солей Са и Mg, но
и полуторных окислов (Fe203, А12Оа) и кремневой кислоты (под-
золообразовательный процесс). Интенсивные процессы
выщелачивания в северных областях с влажным климатом приводят к
образованию чрезвычайно мало минерализованных (ультра пресных
вод с сухим остатком <50—100 мг-л, характеризующихся
относительно повышенным содержанием кремневой кислоты и железа.
Воды области избыточного увлажнения, связанные с болотными
образованиями, богаты органическими веществами.
Менее распространенными являются щелочные гидро-карбонат-
но-натриевые воды, которые, как воды выщелачивания,
генетически связаны обычно с продуктами выветривания изверженных
пород, примером чего служит приведенная ниже реакция
образования карбонатов щелочей при выветривании полевых шпатов,
выщелачивание которых атмосферной водой приводит к образованию
щелочных вод:
K,A]3Si(J0I6-f-2H20 | COa=K2C(Vf HtAlaSl30H - H20 + 4SiO,
i
Na2A]2Si6Oie + 2H20JrC02=Na2C03 -f HaA1aSi208 • H,0-b4Si02'
Щелочные воды, формирующиеся в результате выщелачивания
в условиях более или менее значительного притока атмосферных
вод, обычно не достигают высокой концентрации, хотя карбонаты
щелочей способны растворяться в воде с образованием растворов
высокой концентрации.
Концентрированные щелочные воды формируются, в других
условиях (см. §§ 5 и 6).
Сравнительно ограниченное- распространение щелочпых воя
выщелачивания объясняется отчасти их химической активностью,
обусловливаемой способностью карбонатов щелочей вступать во
15

Таблица анализов пресных подземных вод иитра
Место взятия
пробы вод и
водоносные
породы
г. Кировск на
Кольском
полуострове
Источник из
ледниковых
отложений
г. Гдов (руднчк)
Вода из
известняков нпкнего
силура
г. Тула
Известняки упин-
ского горизонта
г. Мелитополь
Артезианская
вода из бучакского
горизонта (песча-!
ники) '
ст. Голубинская
Правобережье
р. Дона
ВОСХОДЯ'ЦЧЙ
ИСТОЧНИК турон-
сенбманского
артезианского
горизонта
г. Арзамас
Артезианская
скьажина
верхнепермские
(казанские) отложения
Единица

измерения
мг/л
мгіэквіл
мг]экв %
мі\л
мі/эк?/а
мг\л
мг/экв/л
экв^о
мг/л
мгіэквіл
0і°экв
мг/л
мгіэквіл
мг/л
мгіэквіл
°/0Э/Сб
Сухой

остаток
37,5
314,4
340,0
933,0
1354
2378,8
Анионы
CI'
1,3
7,8
0,22
4,35
32,4
0,91
19,41
168,5
190,0
'21,0
0,592
|1.8
>
S'04" НСО'з
"1,5
53,5
1.U
23,63
257,0
4,38
86,92
163,5
2,63
56,92
125,9 ! 352,9
і
1
550,0
1398,7
29,130
8,96
335,5
253
3,857
8,6
SiOg
:
-
—
—
Кати
Na*
Na+K
— j 10,6
1
1
і
—
31,2
1,36
29,3
—
239,3
—
10,0
0,43
8,54
778,4
—
23,0
0,996
3.0
Басе. оз. Севан
(Мал. Кавказ)
Источник из ан-
дезито-базальтов
м/л
м г] же] л
°Iq3K6
86,0
¦—
-—
2,6
0,079
7.82
0,114
11,3
0,605
59,9
0П 56 10,213
9И 21,1
16

Таблица 1
фильтрационного генезиса воды выщелачивания
On і.і
к-
Са- Mg-
Fe
Жесткость в нем. град.
общая j »остоян-і вРе"ен-
^ пая і ная

Кремневая
кислота
РН
0,71 j 0,22
0,20
0,4
7,3
6,6
47,2
2,36
47,82
27,4
2,25
44,64
12,9
0,6
12,3
52,1
2,60
56.1
8,24
0,68
14,6
9,
3,0
6,1
8,0
2,6
74,6 182,0
5,80
163,0
1,70
і -
2.
—
—
—
0,072
7Л
Каменс*
600,6
32,2
30,0 2,648
89,8
—
0,454
7,2
—
0,280
44,9 27.6
і
і
снЙ
92,22
2,06
—
—
—
—
— ! — ¦: —
—
—
і
! ¦
—
—
—
—
і
і
17

взаимодействие с некоторыми другими солями, например с очень
распространенными сульфатами Са и Mg.
Ввиду малой растворимости карбонатов щелочных земель
реакция в данном случае идет в одном направлении и ведет к
образованию сульфатов щелочей:
CaS04 -f Na2C03 = Na2S04 +- СаС08
В результате этой реакции карбонатно-натриевая вода
превращается в сульфатно-натриевую или карбонатно-сульфатно-натрие-
вую.
Другими источниками минерализации вод выщелачивания
после карбонатов являются сернокислые соли (CaSO, MgSCX
Na2S04, FeSO-t), из которых наиболее распространены сульфаты
кальция, встречающиеся в рассеянном виде в породах, а также
в виде толщ гипсов и ангидридов в галогенных фациях осадочных
отложений. Выщелачивание последних ведет к формированию
относительно высокоминерализованных сульфатно-кальциевых вод
с предельной концентрацией около 2,5 — 3,0 г на 1 .?.
Растворимость CaS04 несколько повышается в присутствии NnCl, и
в смешанного типа хлоридно-сульфатных водах ион S(V' может
достигнуть еще более высокой концентрации.
Наряду с сульфатами Са в водах выщелачивания встречаются,
хотя и реже, сульфаты Na. Появление последнего связано более
с процессами взаимодействия сульфатно-кальциевых вод со
щелочными водами по выше приведенной реакции при смешении
вод, а также в результате физико-химических процессов обмена
катионами между породами и водами.
Сульфатно-кальциевые воды пригодны для водоснабжения при
относительно невысокой минерализации. При высокой
концентрации сульфатов воды неблагоприятны для водоснабжения
вследствие высокой постоянной жесткости, достигающей 50—100 и
более немецких градусов.
Важным источником обогащения подземных вод сульфатами
является также серный колчедан, рассеянный повсеместно в
осадочных породах в виде пирита и марказита.
Серный колчедан в большом количестве встречается в рудных
месторождениях вместе с другими сульфидными минералами.
При доступе кислорода воздуха или инфильтрационной
атмосферной воды, богатой кислородом, происходит окисление серного
колчедана с образованием свободной серной кислоты и сульфатов
железа:
FeS2 + 70 + 8Н20 = FeS04 • 7H20 f H2SO*.
Сульфат железа или железный купорос испытывает
дальнейшее окисление под воздействием 02 и Н20, образуя сульфат окиси
железа и гидрат окиси железа:
12FeS04 + 302f3H20 = 4Fe (SO,)3 4- 2Fe20;j ¦ 3H20.
Возникающая при окислении пирита свободная серная кислота
.18

растворяет углекислый кальций с образованием сернистого
кальция и свободной углекислоты:
CaCO:j -J- H2S04 = CaS04 + С02 + Н20
Эгот процесс, имеющий широкое региональное значение, ведет
к накоплению сульфатов в подземных водах. Особенно
значительные размеры это явление приобретает в зоне окисления
месторождений сульфидных руд, где образуются кислые воды с высоким
содержанием свободной серной кислоты и сульфатов (см. табл. 2).
Кислая сульфатная вода образуется также в водах угольных
месторождений, в которых пирит в рассеянной форме является
весьма распространенным минералом.
Нередки случаи образования сульфатных и кислых вод в
болотных массивах, где могут присутствовать органические кислоты
и в известных условиях (например при осушении) может
происходить окисление сернистых соединений, часто присутствующих в
торфяниках и болотных грунтах.
Группа хлоридных вод среди вод выщелачивания имеет
ограниченное распространение, так как эти воды генетически связаны
с месторождением каменной соли или с соленосными
отложениями, нахождение которых имеет локальный характер.
Хлоридные воды выщелачивания высокой концентрации —
рассолы — мы находим в кровле соляных месторождений. Например,
в кровле Соликамского соляного месторождения хлоридно-натрие-
вые воды насыщают глинистую толщу кунгура мощностью в
несколько десятков метров. Вверху здесь хлоридные воды
сменяются менее концентрированными сульфатно-хлоридными и ближе
к поверхности хлоридно-сульфатно-карбонатными и даже совсем
пресными гидро-карбонатно-кальциевыми водами.
В дальнейшем мы увидим, что хлоридные воды высокой
концентрации являются чрезвычайно широко распространенным видом
подземных вод, но это большей частью воды других генетических
циклов (главным образом погребенные воды, связанные с
морскими осадками).
Выше мы рассматривали типы минерализации вод, обязанные
своим формированием процессам выщелачивания. Однако в
природе мы встречаем очень много смешанных вод, в формирования
которых, помимо выщелачивания, принимали участие и другие
генетические процессы. Например, характерные смешанные воды мы
встречаем часто в артезианских пластах, сложенных морскими
осадочными породами.
В таких пластах, даже если они охвачены токами инфильтра-
ционных вод, в составе артезианской воды обычно заметна
примесь элементов, оставшихся от выщелачивания морского ионно-
солевого комплекса. Это сказывается повышенной и сложной
минерализацией глубоких артезианских инфильтрационных вод
сравнительно с водами грунтовыми. В то время как грунтовые
воды преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые, артезиан
ские воды имеют более сложный состав: сульфатно-гидрокарбо-
1§

натные или даже хлоридно-сульфатно-гидрокарбонатные, оставаясь
при этом относительно невысоко минерализованными и
пригодными еще для водоснабжения (например артезианские воды
серпуховского горизонта в Московском артезианском бассейне).
cd
т
s
со
ЕС
го
*
Данные химических анализов рудничных
Место
взятия
пробы воды
Шахта I
¦(• (Софья)
гора
150 м 1-й
западный
штрек из
секущей
Единица

измерения
Анионы
SiO,
R20:
свои
SO а"
связ.
S04"
СГ
мг/экв
мгіэкв
3,99
281,31
1,79
% энв
0,66
46,16
0,29
слабые
кислоты
выраж.
в С08
128,0 — 191,52 | 13 502,48 63,39 I 301,71
17,63
2,89
К данному типу артезианских смешанных вод инфильтрацион-
ного цикла со значительной примесью остаточного морского
солевого комплекса принадлежат многие минеральные воды средней
концентрации, имеющие обычно сложный хлоридно-сульфатно-кар-
бонатный тип минерализации, например Ижевский минеральный
источник.
Особый тип артезианских вод связан с наложением циклов
гидрогеохимических процессов, возникающих в связи с
замещением инфильтрационными водами вод первичной генерации;
первичными водами в глубоких артезианских бассейнах являются
преимущественно морские погребенные воды. Формирование вод
здесь связано с процессами взаимодействия вод инфильтрацион-
ных с солеными первичными водами и с засоленными осадочными
породами, о чем скажем несколько позже при рассмотрении вод
морского генетического цикла.
§ 5. Формирование грунтовых вод в условиях
континентального засоления
Роль процессов континентального засоления в формировании
химического состава вод наиболее типично проявляется на
территории равнин в условиях засушливого теплого климата, где при
неглубоком залегании грунтовых вод процессы засоления приоб-

ретают доминирующее значение в обогащении грунтовой воды
минеральными солями.
В зоне недостаточного увлажнения просачивающейся в почву
влаги недостаточно для покрытия расхода воды на испарение, и
Таблица 2
вод Никитовского месторождения
1
1
Na'
К'
Н'
С а"
Катионы
Мя"
IV
Fe'"
А1'"
Мп"
Сухой

остаток
Остаток
при
прокаливании
Концентр,
водородн.
ионов рН
72,78 : Нет ,4,99 218,0
МД6
— ! 3,99
0,52
505,651 60,25 3762,8
10,88. 41,58' 2,16
202,64 38,45, 1,97
0,66 і 1,79і 6,82
0,45 ! .4.4,25
629
0,43
в почве создаются в засушливые периоды восходящие
капиллярные токи, преобладающие над инфильтрацией. Инфильтрация
развивается здесь лишь временно в местах, особо благоприятных для
скопления атмосферных вод и для их просачивания в глубину.
Такими местами являются в степных равнинах пониженные
участки — лиманы и блюдца, где могут скопляться воды
поверхностного стока, а также участки, хорошо дренированные, сложенные
хорошо проницаемыми породами и с достаточно глубоким
положением зеркала грунтовых вод, что предохраняет последние от
интенсивного расходования на испарение и от засоления.
Прежде чем перейти к вопросам засоления, остановимся на
процессах обменной адсорбции, имеющих крупное значение для
формирования вод различных генетических типов, а для вод
континентального засоления особенно важных.
Вследствие поглощающей способности почв и коллоидальных
пород (глинистых грунтов) происходит адсорбция тех или иных
катионов в зависимости от состава почв и пород и
циркулирующих в них растворов. Например, солонцы богаты
адсорбированными ионами натрия, чернозем богат адсорбированным кальцием.
Просачивающаяся вода может нести в своем растворе ионы,
которые при соответствующей концентрации могут вступать в
обменную адсорбцию с поглощенными основаниями почв и пород.
Происходящий при этом процесс кссгионного обмена приводит
2і

к изменению состава солей, растворенных в воде, и состава
поглощенных оснований почв и пород.
Процесс этот приобретает различный характер в зависимости
от водного режима почв и присутствующих в воде ионов. В
условиях влажного климата происходит интенсивное промывание
почвы атмосферной мало минерализованной водой,
приближающейся по составу к чистой НгО. Вода при этом, хотя и в очень
слабой степени, но все-таки диссациирована на ионы Н' и ОН7.
Взаимодействие между последними и сложными солями (алюмо-
ферро-силликатами), входящими в состав поглощающего
комплекса почв и глинистых грунтов, представляет собой
распространенный в условиях влажного климата процесс, который акад. К. К.
Гедройц [19] представляет в виде следующей физико-химической
реакции:
(Si, А1, Fe, О) M4-H4-OH^(Si, Аі, Fe, О) Н + М г ОН.
Эта реакция показывает, что при отсутствии в воде
растворенных солей, т. е. других катионов, помимо Н*, в силу
поглотительной способности твердые коллоидные частицы аллюмо-ферро-си-
ликатов будут обменивать свои катионы на свободный водородный
ион воды. Процесс этот, хотя и крайне медленный, ввиду
чрезвычайно малой концентрации свободного водородного иона в
чистой воде, тем не менее с течением времени будет итти в условиях
достаточно влажного климата, и сложные соли почв и грунтов
будут превращаться в алюмо-ферро-силикатовые кислоты.
Превращение это усиливается также при повышении кислотности воды за
счет углекислоты и органических кислот, присутствующих в почве.
В некоторых почвах данной зоны рН достигает величины менее 4.
Комплексный алюмо-ферро-силикатовый анион коллоидов почв
и грунтов устойчив в отношении воды лишь в том случае, когда он
связан с основанием, и теряет эту устойчивость, когда основание
замещено водородом, т. е. когда коллоидные частицы с водой
взаимодействуют не в виде соли, а в виде свободной кислоты.
В этом состоянии вода разрушает эти сложные соединения,
отщепляя от них кремний, аллюминий и железо в виде гидратов их
окисей, которые частично вымываются из почвы путем
растворения, частично в виде коллоидов. Описанный процесс харакгеризует
почвы подзолистой зоны и латеритные почвы, образующиеся в
условиях избыточного увлажнения.
В присутствии других катионов вытесняющая способность
водородного иона в почвенном растворе будет понижаться, и при
достаточно высокой концентрации этого другого катиона вытеснение
водородом основания из силиката прекратится. Следовательно,
присутствие в почвенном растворе даже очень небольших
количеств растворимых простых солей, как, например, СаСОз и MgQIh,
предохраняет почвенный поглощающий комплекс от разрушения
его водой.
В условиях засушливого климата вследствие интенсивного ис-
яарения воды в почве накопляются не только труднорастворимые
26

соли СаСОз и MgC03, но и легкорастворимые соли CaS04, MgS04,
Na2S04, NaCl и др.
При высокой концентрации последних образуются солончаки.
Указанные соли могут вступать во взаимодействие с коллоидами,
приводя к переходу тех или иных оснований в поглощающий
комплекс. Так как обычно при засолении в почвенных растворах
преобладают соли натрия, как наиболее растворимые, то засоленные
почвы обычно богаты поглощенным натрием. При выщелачивании
солончаков инфильтрационной водой в раствор переходят
легкорастворимые соли (NaCl, NaaSCK NaaCOa), затем CaSCk
Поглощенные же ионы натрия, будучи связаны со
сложными нерастворимыми солями поглощающего комплекса, остаются
в почве.
Когда растворимые соли вымыты, то из солончака получается
солонец, т. е. почва, свободная от растворимых солей, но богатая
поглощенными ионами натрия. Присутствие последних
обусловливает неблагоприятные физические свойства солонцеватых почв, на
чем нам подробнее придется остановиться в дальнейшем при
рассмотрении вопросов гидрогеологии ирригационных районов.
При дальнейшем выщелачивании солонца и при постепенном
переходе в раствор труднорастворимых солей СаСО:і, MgCCb
важное значение приобретают развивающиеся при этом процессы
обмена Са "и Mg воды на Nae почв, приводящие к
физико-химическому выщелачиванию солонца. Этот процесс ведет к
образованию соды, которой обогащается вода, фильтрующая через солонцы.
В промежуточной зоне умеренного климата, где атмосферных
осадков, просачивающихся через почву, достаточно для
выщелачивания легкорастворимых солей натрия, эти соли обычно уже
удалены из почв и вместо них в почве остается еще достаточно много
кальция (и отчасти магния) в виде труднорастворимого
углекислого кальция, переходящего постепенно в почвенный раствор
в виде двууглекислого кальция. Постоянное присутствие ионов
кальция в почвах данной зоны, а также его очень высокая энергия
поглощения (превышающая другие катионы и водородный ион)
создает особую роль кальция, постепенно вытесняющего из
поглощающего комплекса другие катионы.
Почвы, достигшие стадии насыщения поглощающего комплекса
кальцием и магнием, представлены наиболее типично черноземом.
Постоянное присутствие ионов кальция в черноземе предохраняет
его от поглощения других катионов и в особенности натрия, осо-
лоняющего почву при относительно небольшом количестве
атмосферных осадков, и от водородного иона, разрушающего
почвенный поглощающий комплекс при избыточном увлажнении.
Благодаря этому свойству кальция чернозем является почвой,
наиболее богатой перегноем и обладающей благодаря коагулирующему
действию ионов кальция прочной зернистой структурой. Это почва
наиболее благоприятная для сельскохозяйственной культуры.
Грунтовые воды, просачивающиеся через чернозем, обогащаются
?бычно только гидрокарбонатами кальция и магния.
23-

Отмеченные выше особые черты режима грунтовых вод на
равнинах в'условиях теплого сухого климата обусловливают развитие
процессов, приводящих к формированию грунтовых вод
континентального засоления, выделенных нами в особый генетический тип.
В этих условиях для формирования грунтовых вод имеют
важнейшее значение следующие процессы;
1) Повышение концентрации воды и почвенных
растворов при испарении, 2) выщелачивание растворимых
солей из засоленных почв (солончаков в особенности), 3) физико-
химические процессы обменной адсорбции между водами и засо
ленными почвами.
При испарении происходят не, только общее повышение кон
центрации растворенных в воде солей, но и существенная мета-
морфизация солевого комплекса воды вследствие постепенного
выпадения из раствора менее растворимых солей: сначала
карбонатов С а и Mg, затем сульфата С а. Хлористые же соли, как
наиболее растворимые, остаются в растворе, постепенно повышая
свою концентрацию и постепенно приобретая доминирующее
значение в солевом составе воды.
В результате вода, даже если бы она была первоначально
пресной, постепенно превращается при засолении сначала в
сульфатную, затем в сульфатно-хлоридную и, наконец, в хлоридную,
достигающую нередко концентрации свыше 50 г на 1 л.
Химические анализы грунтовых
(по Н. Л. Белову и
Участки, где взяты ' Сухой
пробы грунтовых вод остаток

Прокаленный
остаток
Щелочность
оощая
ПС03

нормальная СО;,
С1
so4
Пониженная равнина
(склон к Кулундин-
скому озеру)
Почва — солонец
Левый берег рек-и
Кулунды
Луговой солончак
Замкнутые
понижении
Склон к Кулундин-
скому озеру
Почва — чернозем
г:1626
мг/экв
мг эк в
г: 0,230
мг'экв
1,460 I 0,727
і
1 11,9
0,043
0,259
7,7
!-:.">¦ ,800 I 39,320
0,503
Нет
23,714
0,490
10,2
4,245
0,136 0,163
I 2,7
Нет
0,019
0,5
0,026
0,5
24

Непосредственное вовлечение грунтовых вод в процесс
засоления развивается при глубине их зеркала менее 2—3 м, так как
с такой глубины капилярныс восходящие токи и расход грунтовых
вод на испарение начинают приобретать существенное значение
в их балансе.
Процессы выщелачивания засоленных почв влекуі за собой
засоление грунтовых вод.
Взаимодейсівие вод с засоленными почвами на различных
стадиях почвообразовательного процесса приводит к формированию
различных химических типов грунтовых вод. В стадии
солончаковой, в связи с выщелачиванием легкорастворимых солей хлоридов
и сульфатов, формируются концентрированные воды хлоридные и
сульфіатно-хлоридные, которые обычно встречаются под
солончаками.
В стадии солонца, когда растворимые соли удалены из почвы,
физико-химическое взаимодействие воды, обычно содержащей
гидрокарбонаты кальция, с поглощающим комплексом солонпа,
богатым ионами Na, приводит к обмену иона Са воды на ион Is a
почвы с образованием соды. Выщелачивание ее ведет к
формированию щелочных карбонатно-натриевых вод, переходящих в
присутствии сульфатов в сульфатно-натриевые воды. Эти щелочные
воды обычно встречаются в засушливых степях под солонцами
или почвами, происходящими в результате рассоления солонцов.
Таблица 3
вод Кулундинской степи
Е. В. Лобовой)
Са
Mg
Na По
вычисл.
Глубина
воды
м
Порода
Характеристика
химического типа в ль1
0,052
Супесь | Гндрокарбонатио-сульфат-
но-хлоридно-натриевая
(сульфо-^торидно-ще-
лочная) вода
Супесь
Хлоридно-натриевая
(соленая) вода
0,021
1.0
0,016
0,7
2,35
Су и ее ь
Гидрокарбонатно-кальцие-
ван Оіресн.ія) вода
25

Связь химического состава грунтовых вод с различными типами
засоленных почв хорошо подмечена исследованиями в Кулундин-
ской степи (работы почвенного отдела Кулундинской экспедиции
Академии наук).
Маломинерализованные воды засушливых степей имеют
практическое значение как источник водоснабжения, а иногда как
источник орошения.
§ 6. Подземные воды морского генезиса
Морские воды участвуют в образовании подземных вод,
насыщая морские осадки в процессе их отложения, а также проникая
в более глубокие слои проницаемых пород.
Воды эти, будучи захороненными последующими
непроницаемыми отложениями, сохраняются в глубоких закрытых пластах
в течение длительного геологического времени. Их принято
называть «погребенными водами*.
Из приведенного выше определения видно, что можно
различать два рода этих вод:
1) Сингенетические погребенные воды, т. е. образовавшиеся
одновременно с содержащими их осадками. Для этих вод
американский ученый Лейн (Lane) ввел термин «коннэтные воды»
(connate water), что в буквальном переводе на русский язык
означает «одновременно рожде-нные воды».
2) Эпигенетические погребенные воды, т. е. воды, проникшие
из морского бассейна в ранее сформировавшиеся проницаемые
горные породы, залегающие под дном и в берегах моря.
Состав погребенных вод прежде всего зависит от состава вод
тех морских бассейнов, которые были первоисточником
образования этих вод. Судя по фациальному типу осадочных горных пород
н палеогеографическим условиям, воды морских бассейнов имели
разнообразный состав. Океаны и моря, имеющие с океанами
открытую связь, содержат океаническую или морскую воду
«нормальной солености», состав которой очень однообразен повсюду
на земном шаре, повидимому, и в минувшие геологические эпохи
был таким же, как и в настоящее время.
Нормальная соленость морской воды принимается равной 3,5%.
По химическому составу эта вода минерализована
преимущественно за счет NaCl и содержит также MgCl2, MgSC>4, CaSO* и
незначительное количество Са(НСОз)г (см. анализ № 1 в табл. 4).
Иной состав имеют другого рода бассейны: лагуны и так
называемые эпиконтинентальные моря, связь которых с океаном
в той или иной степени нарушена или совсем закрыта. Воды таких
бассейнов могут быть или опресненными или еще более
концентрированными вследствие усыхания бассейнов.
В случае повышения концентрации морской воды при испаре-
иіи состав ее изменяется вследствие постепенного выпадения из
раствора менее растворимых солей, сначала карбонатов С а и Mg,
а затем гипса.
•36

OS
Ш
X
К
\о
я
и
S
ел
(U
Е
<И
U
о
о
и
а
о
S
с*
о
3
X
Я
а
си
S
X
о
UJ
3*
X
?
X
*-э
« ] *-¦
и|оэ
СО
и
,
bfl
g"
*r
«3
Z
03
О
и
ГП
.
•*•
О
ел
і-«
U
X
э5 о
О н
X та
>і Н
"S
га і
Я- <и
X О, К
Я <и s
х а в
Cf «
tU х
1
'
¦<*
t^
СО
о"
LO
»о
см
т—*
оо
5
о
ю
аі
t-
о
ю
СО
о
о
СО
о
:—
^
h-
іО
CM
CM
ГО
Tf
СП
'
C\i
Л
cf
о
CQ
1
о
о
CO
CD
00
CM
CO
о
»о
•—'
ч*
СП
СО
о
со
о
-СО
о
«-Н
СП
іО
го
о
9
1
to
OS
CNi
^
/
о;
сЧ
X
и
а.
о
см
СП
см
1С
о"
о

OSLO
СО
со
см
сп
го. см
О (N
со
сп
см
ел
го
с*
о
оо
ГО
о сп
о* —*
о
о*
СО
о ¦*
о* о'
см
о"
' г-« СП
о* ~*
оо
оо
о
—" сп
см
ь-*
ел
см
СП
со*
СО
СО
о"
СП
П
га
и са
CL «в
та пз
Q.O.
та х
Н X
«о
^*
О о
о
to
о>
о
m
м±? х
° - о
охи
ct В X
со
1-н
О
со
о*
3
со
о
сп оо
•ф" СП
о
*-4 СМ О
О ^ СО
о" о о"
СМ
—. О
о" см*
оо
о"
си
а
ОО
со
Ю СО
О* СО*
СП
со
о
ос"
ОС
СО
to
%
¦ m i
OJ x X «J
X s ^
x 3 <->
nj S 3 и OJ
^ ,., о =
« g «
О в «и <u bj
q. та 3 * <u
x S <u - -
в
CM
CM
ю
CO
00
CO
°°-
oo"
о
о
CO
о"
со
см ю
со' сп
СО ^
см
со
о
г- см см
- §
СП
см
о
го' ~
о
см
CD, О
Ю* ГО
^н СО
о
ю
см
го
о
го"
со
го
СП СО
о о
о* ~
t^ GO
CM
h-
t-.
СП
СП
CD
о
CM
со о
О* Tt*
ГС
о*
-^ со
о о- о
о о о
со
со
о"
о
г-
о
^г
о
о
СП
о
¦—I
'""'
со
со
см
"
^/>
см
см
о
^*-
о
о
со
о
о
о
СО
см
сп"
СП
<о
to
. о
СО
СМ
со
ХО*
СО
СО
а"
со
го-
оо
О
о*
со
см
*о
X
«о
о.
** т 3
и S ?
и<а'я
«о
о я
I- =
О И
3
ЕС
о
0J
X
ffl га
со
Он
?<
о
н
о
X
X
ояск
ю
й;
К(
СО
X
X
X
В >л
га j
„СМ
v—' та
'S 5
» 5
та
а та х
х
и
X О
3 ю >.
^ ° "5
га ^_
я у о *
и
га S3
тао
а?5
Ьі>5
27

Процесс этот приводит к относительному повышению
содержания хлоридов.
Далее при концентрировании морской воды примерно до 1/10
своего первоначального объема начинается садка NaCl и MgS04.
При этом состав воды будет изменять свой характер за счет
относительного повышения концентрации MgCl2, более растворимого
сравнительно с NaCl.
Наконец, при дальнейшем возрастании концентрации начнут
выпадать MgCh и КС1. Выпадение из раствора хлоридов, дающее
начало образованию залежей каменной соли, приводит к
дальнейшей метаморфизации солевого состава воды.
Описанный процесс изменения состава морской воды при ее
концентрировании сопровождается рядом химических реакций
взаимодействия между находящимися в растворе солями и
усложняется также привяосом речными водами терригенового
материала.
Приведем некоторые из характерных реакций, происходящих
при этом.
При достижении водой стадии насыщения ее сернокислым
магнием и при выпадении из нее значительной части сульфатов
кальция начинаются реакции взаимодействия сульфата магния с
карбонатом кальция, который доставляется в бассейн вместе с
речными водами или вновь растворяется из донных осадков.
Результатом указанных реакций является образование доломитов.
Гайдингер (Haidinger) предложил для объяснения
образования доломита в лагунных бассейнах следующую реакцию
взаимодействия между сульфатами магния и карбонатами кальция:
2CaC03 + MgS04zlCaC03 • MgCO:i J-CaSO,.
В ходе этой реакции может постепенно произойти удаление из
воды сульфатов магния.
Другая реакция, предложенная акад. Курнаковым,
иллюстрирует взаимодействие хлористого магния с гидрокарбонатами каль-
ция:
2Са (НСО:і)2 -f MgCl, = CaMg (C03)2 -f- CaCU-
В ходе этой реакции тоже образуется доломит, а в воде
появляется хлористый кальций, который, как известно, в нормальной
морской воде отсутствует.
В результате повышения концентрации воды под влиянием
испарения и метаморфизации ее в лагунах формируются
высококонцентрированные остаточные рассолы с исключительным
преобладанием хлоридов Na и нередко характеризующиеся присутствием
хлористого кальция.
Процессы метаморфизации воды в морских бассейнах эпикон-
тинентального типа, характеризующихся небольшой глубиной,
развитой береговой линией и несовершенной связью с океаном,
выяснены А. Н. Бунеевым, который выявил важную роль состава
приносимого в море реками терригенового материала и установил
28

основные возможные направления метаморфизации морской воды..
Путем опытов по взаимодействию материковых глин с морской
водой он показал, что метаморфизация воды в эпиконтиненталь-
ных морях в зависимости от того, находится ли море в стадии
трансгрессии или регрессии, может происходить в двух
направлениях:
При трансгрессии моря смываемый с суши глинистый материал
в результате взаимодействия с пресными гидрокарбонатно-каль-
диевыми водами суши обогащен ионами Са.
Поступая вместе с речными водами в море этот материал
вступает во взаимодействие с морской водой, в которой преобладают
ионы Na, при этом процесс, направленный к новому равновесию
осадочных коллоидальных частиц с морской водой, идет в виде
следующей реакции обменной адсорбции:
2NaCl 4-Са (адсорб.)^СаС12 f Na2 (адсорб.).
Процесс этот ведет к обогащению морской воды ионами Са и
в конце концов приводит к образованию хлоридно-натриево-каль-
циевых вод, весьма характерных для погребенных вод морских
осадочных толщ и отличающихся от морской воды нормальной
солености, в которой хлористый кальций отсутствует.
В случае регрессии моря, по А. Н. Бунееву, развивается иной
ход процесса метаморфизации морской воды. Воды суши,
богатые, как правило, ионами кальция, на недавно освободившихся от
моря территориях вступают во взаимодействие с молодыми
морскими глинистыми осадками, богатыми адсорбированными на них
ионами Na и Mg.
Взаимодействие этих осадков с водами суши ведет вновь к
равновесию, отвечающему континентальному режиму, по реакции:
CaS04-rNa2 (адсорб.) !Z^Na2S04 -~ Са (адсорб.)
Са ^HC08)2 + Na, (адсорб.) tZ 2NaHCQ3 -fCa (адсорб.)
В результате этого процесса морские осадки на суше вновь
обогащаются кальцием, а вода стекающая в море, — солями
натрия, вследствие чего воды остаточных морских бассейнов при
регрессии моря тоже обогащаются натрием и приобретают хло-
ридно-сульфатно-натриевый или хлоридно-карбонатно-натриевый
тип- Для этих вод характерно отношение 'Na'/СГ > 1, в то время,
как для метаморфизованных хлор-натриево-кальциевых вод
характерно отношение Na'/СГ < 0,85, где 0,85 есть величина отношения
NaVCl' в морской воде нормальной солености.
Подобный процесс наблюдается также в материковых озерах
и морях-озерах в условиях сухого климата.
Выпадение хлоридов сопровождается повышением
концентрации присутствующих в морской воде Вг и J. Содержание в этой
воде Вг — 65 .иг/л, a J — 0,07 мг/л. В водах же реликтовых,
потерявших часть хлоридов, концентрация Вг' достигает 600 мг/л,
a J более 10 мг/л.
29-

Концентрация Вг' по отношению к СГ в воде является весьма
характерной величиной. В нормальной морской воде так
называемый хлор-бромный коэфициент, т. е. СГ/Вг' —300 или, точнее, 293.
Коэфициент СГ/Вг' приобретает значение генетического
признака для подземной воды, позволяющего распознавать связь
последней с морской водой. В большинстве случаев погребенные
подземные воды несмотря на различную минерализацию имеют
величину хлор-бромного коэфициента такую же, как и в морской
воде. Но в водах, происшедших из реликтовых бессейнов, это
отношение, благодаря выпадению хлоридов, нарушается в сторону
уменьшения, т. е. СГ/Вг' < 300.
В обратном случае, если происходит растворение каменной
соли, то в воде, обогащающейся хлоридами, хлор-бромный
коэфициент изменяется в сторону увеличения: СГ/Вг'> 300.
Воды морских бассейнов, приобретая тот или иной состав
согласно описанным выше процессам, переходят затем в донный
¦осадок в виде «иловой воды» или проникают в более глубокие
слои горных пород в случае их достаточно благоприятной
проницаемости. В «иловой воде» совершаются дальнейшие процессы
метаморфизации. В грубозернистых осадках, (например песок), не
содержащих коллоидов и органических веществ, состав воды
может оставаться почти без изменения, но при появлении
органических веществ уже в этих осадках развиваются биохимические
процессы в виде взаимодействия углеводородов с сульфатами,
приводящего к восстановлению сульфатов, а также в виде десуль-
фирующей деятельности анаэробных бактерий (Microspira desiil-
fttricans), существующих за счет кислорода сульфатов.
Взаимодействия сульфатов, растворенных в воде, с
углеводородами происходит по следующим реакциям:
СН4 +CaS04 — CaS | С02 } 2Н20
СН, + MgS04 — MgS -f С02 + 2Н20.
СН, + Na2S04 = Na2S + С02 +2Н20.
Образующиеся при этом сульфиды кальция, магния и натрия
¦с углекислотой и водой приводят к возникновению в водах
карбонатов этих металлов и сероводорода:
CaS + С02 + Н20 = СаСО:і і- H2S
MgS + С02 + Н20 = MgCO;{ -f H2S
Na2S + C02 + H20 = Na3C08 + H2S -
В результате этих реакций малорастворимые карбонаты
щелочных земель частью выпадают из раствора, вода же теряет суль-
'фаты и обогащается сероводородом.
К таким же результатам приводит и жизнедеятельность десуль-
.30

фирующих бактерий. Этот процесс совершается по следующей
реакции:
RSO, j ¦ С + 2Н20 = RS + С03 + 2НаО
RS + С02 + Н20 = RCOa 4- H2S
Описанные процессы сульфатредукции особенно энергично
развиваются н водах нефтяных месторождений, где конечный состав
вод характеризуется отсутствием сульфатов и нередко обилием
сероводорода.
В морских илах, богатых коллоидами, совершаются физико-
химические процессы обмена катионов между коллоидами илов и
водами. Процессы эти могут приобретать различные направления в
зависимости от состава пород, количества органического
вещества, газового режима илов и т. п.
В некоторых случаях процесс этот ведет к удалению из
раствора ионов Са" и частично ионов Mg", выпадающих в осадок в
виде карбонатов. При этом на место ионов Са в коллоидах
осадков адсорбируется часть ионов Na, чему способствует высокая
минерализация вод.
В менее концентрированных растворах при наличии в морских
осадках большого количества органического вещества, как
показали исследования академика А. Д. Архангельского и.Э. С. Зал-
манзон, могут итти процессы в ионом направлении. Образующаяся
при разложении органического вещества свободная углекислота
способствует переходу в раствор углекислого кальция,
содержащегося в морских осадках, а появление в воде избытка ионов Са
влечет за собой переход последнего в поглощающий комплекс на
место Na, который в свою очередь переходит в раствор в виде
NaaCOa. Таким образом, вода в илах постепенно обогащается
карбонатами натрия и приобретает щелочной тип.
Процессы формирования вод осадочного цикла очень сложны
и мяло еще изучены. Сюда относятся подземные воды нефтяных
месторождений, которых мы коснемся в специальной главе
(глава XI).
Образовавшиеся в морских осадочных толщах высококонценг-
рированные воды, после достижения известного
физико-химического равновесия с заключающими их породами, могут длительное
время существовать в виде погребенных вод, сохраняя свою
минерализацию, пока в ходе геологической истории несущие воду
толщи не окажутся на суше вскрытыми эрозионными процессами
или тектоническими трещинами. С этого момента начинается
новый этап в истории погребенных подземных вод.
В местах выхода водоносного пласта начинают проникать ин-
фильтрационные воды и замещать первичные воды пласта, в
результате чего происходит ряд процессов:
1) процессы смешения тех и других вод, сопровождающиеся
реакциями взаимодействия растворенных в водах соединений,
31

2) физико-химические процессы обмена катионами между ин-
фильтрационной водой и породой,
3) процессы химического растворения солей, возникающие
здесь вследствие большой растворяющей способности пресной
атмосферной воды, содержащей свободную углекислоту,
4) процессы окисления, развивающиеся благодаря
проникновению воды, богатой кислородом, в морские осадочные образования,
до того имевшие закисный характер.
Все эти процессы приводят в результате к новым химическим
типам вод.
Здесь мы находим прежде всего воды различной концентрации,
образующиеся в результате смешения погребенных соленых вод
с пресными инфильтрационными; это преимущественно хлоридные
или хлоридно-сульфатные воды средней концентрации, обычно все
же еще соленые и негодные для водоснабжения (например
артезианская вода кембрийского водоносного горизонта в
Ленинграде). Затем в последующую фазу «опреснения» артезианского во- ,
доносного горизонта — в процессе развития обмена катионами
между инфильтрационными водами и морскими осадочными
породами, богатыми адсорбированным Na, — формируются весьма
характерные для данной зоны гидрокарбонатно-хлоридно-натрие-
вые или сульфатно-хлоридно-натриевые воды невысокой
концентрации.
Последние в дальнейшем по мере вытеснения остатков хлорид-
ных вод, сменяются сульфато-гидро-карбонатно-кальциево-натрие-
выми и гидрокарбонатно-кальциево-натриевыми. Наконец, в
результате совершенной выщелоченности образуются пресные гидро-
карбонатно-кальциевые воды.
Перечисленные виды химического состава вод представляют
собой в большинстве случаев минеральные воды средней
концентрации, из которых особенное значение имеют солено-щелочные
воды.
Таким образом, с практической точки зрения, мы должны
отметить «краевую зону» артезианских бассейнов как область,
характеризующуюся присутствием различных видов минеральных вод,
сменяемых ближе к выходу водоносного пласта водами пресными,
пригодными для водоснабжения.
Закончим рассмотрение осадочного генетического цикла
кратким обзором, относящихся сюда типов химического состава под- •
земных вод с характеристикой их практического значения.
Как уже указывалось выше, сюда относятся преимущественно
высококонцентрированные подземные воды, заключенные в
глубоких закрытых пластах морских осадочных пород, известных под
именем погребенных вод. По химическому составу здесь наиболее
характерны воды двух типов: 1-й тип — хлор-натриево-кальциевые
воды, характеризующиеся присутствием хлористого кальция и
отличающиеся высокой концентрацией, часто до 100 г на 1 ли
более, 2-й тип — щелочные воды хлоридно-карбонатно-натриевые и
хлоридно-сульфато-натриевые, отлнчіающиеся сравнительно невы-
32

сокой концентрацией, обычно с сухим остатком несколько грямм
на литр и редко достигающие 50 г на 1 л.
Высокоминерализованные хлоридные погребенные воды
нередко достигают концентрации рассолов и в соответствующих
условиях приобретают практическое значение как минеральные воды
промышленного использования.
Рассольные подземные воды нередко используются для
добычи поваренной соли.
В других же случаях природные рассолы подземных вод
применяются непосредственно в промышленности в виде раствора.
Высококонцентрированные погребенные воды нередко богаты
бромом и иодом, содержание которых иногда достигает для Вг
600 мг на 1 л и для J до 50 мг на 1 я. Такие иодно-бромные воды
приобретают промышленное значение как источник химического
сырья для иодо-бромной промышленности.
Наконец, среди высокоминерализованных погребенных вод
встречаются воды, богатые солями радия, содержание которого в
некоторых случаях достигает промышленной концентрации, что
ставит месторождения этих вод на видное место в ряду
месторождений этого редкого и ценнейшего элемента.
Некоторые виды вод осадочного генетического цикла являются
минеральными водами лечебного значения; сюда относятся, на-
ііример, соленые минеральные источники известного курорта
Старая Русса, знаменитные сероводородные хлоридные минеральные
воды Мацесты. Глубокие высокоминерализованные девонские
воды в Москве тоже причины ценными в бальнеологическом
отношении.
§ 7. Значение знания закономерностей генезиса подземных вод
для обоснования гидрогеологических поисков и разведок
Свой обзор генетических типов подземных вод мы ограничим
изложенными выше сведениями об интрафильтрационном и
осадочном генетических циклах, имея в виду основную задачу нашего
курса — поиски и разведки пресных надземных вод для
использования их в целях водного хозяйства.
Изложенные сведения должны нам помочь уяснить
закономерности распределения пресных питьевых вод и их взаимоотношение
с широко распространенными высокоминерализованными водами
морского генезиса и водами континентального засоления.
Мы здесь не будем касаться вод, связанных в своем
образовании с метаморфическим и магматическим генетическими циклами.
Отметим лишь, что в числе этих вод мы имеем глубинные
гидротермы, циркулирующие в периферической зоне магмы и в
метаморфическом поясе земной коры, а также некоторые особые
группы минеральных вод, приуроченных к областям современной или
недавней магматической деятельности.
Представления о глубинных гидротермах, в значительной мере
еще гипотетические, основаны главным образом на изучении мине-
3. Каменский
33

ральных образований, являющихся результатом гидротермальных
процессов.
С ними мы можем познакомиться наиболее близко в учении о
гидротермальных рудных месторождениях.
Что касается минеральных источников указанной выше группы,
то с ними знакомит нас книга А. И. Овчинникова «Минеральные
воды». Мы отметим здесь лишь интересную с генетической точки
зрения группу углекислых минеральных источников, присутствие
которых очень характерно для участков магматических очагов
молодого геологического возраста (третичного и четвертичного).
Образование большого количества углекислоты многие
связывают с термальным метаморфизмом карбонатных пород. Нам
известно, что известняки начинают разлагаться с выделением
углекислого газа, начиная с температуры 400°С. Углекислота насыщает
воды различного состава, что дает группу разнообразных
углекислых минеральных источников (углекислые
сульфатно-гидрокарбонатные воды типа Нарзана, щелочные воды типа Боржоми, соле-
но-щелочные воды и т. п.). Приуроченность углекислых вод к
определенным геологическим условиям дало основание выделить
целые провинции (по Н. М. Толстихину) или зоны (по А. М.
Овчинникову) углекислых минеральных вод; например, в центральной
части главного Кавказского Хребта, на Малом Кавказе, в
Забайкалье.
Углекислые минеральные воды являются ярким примером связи
закономерностей регионального распространения определенных
типов вод с условиями их формирования. На этом примере мы
можем видеть, как в закономерностях генезиса вод мы можем найти
основу для рациональной постановки их поисков. Данный
принцип применим и к пресным подземным аодам.
На первый взгляд может показаться, что для потоков пресных
грунтовых вод вопрос выяснения региональных закономерностей
не имеет практического значения, так как грунтовая вода
имеется всюду. Однако в действительности дело обстоит сложнее. Мы
можем на территории нашего Союза указать огромные
пространства засушливых степных равнин и пустынь (Средняя Азия), где
отыскание даже минимальных количеств годной для питья воды
составляют сложную проблему и где недостаток воды для
водоснабжения нередко лимитирует развитие промышленности,
сельского хозяйства и вообще жизни. Эти области совпадают с зоной
континентального засоления, где преобладают соленые грунтовые
воды и где пресные грунтовые воды занимают лишь отдельные
участки, представляющие оазисы среди засоленых пространств,
практически безводных.
В отношении артезианских вод учение о генезисе освещает, во-
первых, условия образования этих вод, для чего мы должны учесть
геологическую структуру местности.
В деле дальнейшего изучения установленных благоприятных
для образования артезианских вод геологических структур
(впадин, синклиналей) возникает вопрос о составе вод, об изменении
34

состава вод по вертикали, так как в глубоких слоях стратисферы
мы имеем, преимущественно высокоминерализованные
погребенные воды, границы которых могут значительно изменяться.
Пресные инфильтрационные воды в артезианских водах
занимают лишь верхние слои или краевые зоны структур. Границы
проникновения и горизонтальное распространение пресных вод
находятся в зависимости от геологических и геоморфологических
усложни я от геологической истории артезианского бассейна. Поиски и
разведки пресных артезианских вод могут получить
целесообразно»» направление лишь на основе учета условий формирования вод
\\ :іоне инфильтрации.
Знание генезиса подземных вод в начальной стадии поискоз
дает обоснование для гидрогеологического прогноза, т. е. для
предвидения возможности нахождения тех или иных типов
подземных вод в данных геологических структурах и в данных физико-
географических условиях.
На следующей стадии генетические построения тоже очень
важны для правильной постановки разведок подземных вод. Но в
этой стадии приобретает особенно актуальное значение изучение
форм залегания и режима подземных вод, чему посвящены
следующие две главы.

Глава II
ЗНАЧЕНИЕ ТЕКТОНИКИ И ГЕОМОРФОЛОГИИ ДЛЯ
ВЫЯВЛЕНИЯ МЕСТ НАКОПЛЕНИЯ РЕСУРСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД
§ 8- Подразделение типов подземных вод по условиям залегания
водоносной толщи
\ Формы нахождения подземных вод в природе — формы их по-
1 іі іі — іпг-— —¦ ••¦1HII1-I іі пинии—ч ¦!"' т ' 'і.квиичг**- • - ¦ ¦-*h^^«--^w-«'^*^-'K*w**»~''^*.fi^*^s-»^^-»-""(r»,A- i.v ¦'.-=¦4--, ¦ ..
токов, бассейнов, выходов на поверхность — определяются уело-
виями залегания водомедах цогщд. Исследования этих условии
имеет для поисков и разведок подземных вод такое же значение,
какое для разведки полезных ископаемых имеет изучение форм-
месторождений.
Гидрогеологические поиски и разведки должны прежде всего
выявить места, где концентрируются значительные ресурсы
подземных вод, пригодных для водоснабжения крупных населенных
пунктов и предприятий или могущих послужить гидроминерадьной
базой для строительства курортов и для соответствующих
отраслей химической промышленности.
ч Такие места или участки геологических структур можно было бы
именовать водными месторождениями, вкладывая в это понятие
і особое содержание, отражающее не Только форму залегания
водоносных пород, но и динамику и режим вод.
Термин «месторождение» с успехом применял к минеральным
водам А. М. Овчинников [75, 76J. Он четко выявил значение
познания геологических структур районов минеральных вод, выход
которых обычно связан с тектоническими нарушениями-, на
платформах — с дизъюнктивными нарушениями, в области горных
сооружений — с крупными разрывами, сбросами, сдвигами, с
системами трещин областей интрузий, с трещинными зонами
антиклинальных и синклинальных структур, со сложными надвиговыми к
покровными структурами.
^яз^форм^адегания,,дарод и типов герлогиче?.кщ^труктур^й1
проявлениями водоносности выясняется из нижеследующей таб-
—.і.._ __ . _.-*... - — —. .. _ „_«,-,'*Г.»№?***'*''гЛ ¦-'leva**»--.¦(,*».*;«« J
лицы (табЖ 5fr ^«~^-~—'
36

Типы водовмещающнх структур
Таблица
Формы залегания водоносных
пород
Проявления водоносности
Тектонические впадины платформ и
предгорных областей
Синклинальные и дизъюнктивные
структуры горных сооружений
Межгорные впадины
Лавовые покровы (массивы
трещиноватых пористых аидезито-базальтов)
Межморенные, надморенные флювио-
гляционные и другие образования
ледниковых отложений
Крупные артезианские бассейны с
восходящими источниками в краевых
зонах и местах дизъюнктивных
дислокаций
Малые и средние артезианские
бассейны, трещинные воды глубокой
циркуляции, восходящие источники
Малые и средние артезианские
бассейны
Обильные грунтовые потоки,
мощные источники
Грунтовые и межпластовые
напорные воды
Древние и современные долины, вы-; Потоки безнапорных грунтовых вод,
иолненные аллювиальными и галечными | рЭже напорные воды
отложениями: а) пойменные и древке-'
аллювиальные террасы равнинных
горных рек, б) междугорные древние
долины
Предгорные наклонные равнины и
конуса выносов
Междугорные низменности
Междуречные массивы: а) осадочных
толщ с чередованием проницаемых
водоносных и непроницаемых пластов,
(5) :іакарстованных пород, в)
трещиноватых поіюі
Грунтовые
Источники
и артезианские воды.
Бассейны грунтовых и напорных
вод с грунтовыми потоками и
источниками в периферических частях
низменностей
Грунтовые воды и нисходящие
источники
Приведенный список не исчерпывает всего разнообразия
вметающих воду структур и приуроченных к ним типов подземных вод.
і\роме того, дальнейшее подразделение пород, в этом отноше
нии по петрографическому составу, по климатическим условиям и
другим признакам дадут новые типы водоносности. Выделение по-
(ледних на территории СССР должно составить задачу
региональной гидрогеологии и послужить основой гидрогеологического
районирования.
В настоящей главе приведенный выше (в табл. 5) перечень мы
дополним некоторыми примерами, рассмотренными в
нижеследующих параграфах.
37

§ 9. Типы артезианских бассейнов, впадин, платформы
В зависимости от характера режима вод и степени
интенсивности водообмена, согласно изложенным в главе I условиям
формирования артезианских вод, намечается подразделение артезиан^
ских бассейнов на два основных типа.
I тип — артезианские бассейны, обладающие благоприятными
условиями для питания и стока артезианских вод.
II тип — артезианские бассейны с крайне замедленным стоком
или совсем бессточные.
На территории СССР имеется большое число разнообразных по
структуре и геологическому возрасту артезианских бассейнов как
на платформенных, так и на геосинклинальных площадях.
В качестве примера артезианского бассейна типа I приведем
артезианский бассейн Днепровско-Датацкой впадины, разрез
которой изображен на рис. 1. В этом бассейне имеется ряд
артезианских горизонтов:
1. Юрский водоносный горизонт, заключенный в толще песков;
2. Сеноманский водоносный горизонт, тоже сложенный
песками мощностью до 30 — 40 м;
3. Мергельно-меловой, заключенный в толще мела и мелопо-
добных мергелей, относящихся к отложениям турона-сенона;
4. Бучакский водоносный горизонт, заключенный в толще
песков бучакского яруса палеогена.
Область питания перечисленных артезианских горизонтов
находится на северном крыле Днепровско-Донецкой впадины.
Вдоль южного края впадины находятся участки дренирования
артезианского бассейна. Один из таких участков располагается
вдоль р. Днепр, древняя долина которого, выполненная песчаными
водопроницаемыми породами, прорезает слои третичных
отложений и вскрывает водоносные горизонты — бучакский и мергельно-
меловой. А так как последние связаны с нижележащими сеноман-
скими и юрскими водоносными горизонтами, то здесь образуется
место разгрузки и стока для этих артезианских горизонтов
бассейна. Наличие потока артезианских вод от северо-восточного ее
крыла к юго-западному доказывается положением напорных
уровней вод для артезианских горизонтов бассейна. Отметки напорных
уровней в области питания примерно на 100 м выше, чем в
указанной выше области разгрузки. Между той и другой областью
создается артезианский поток% направленный с
северо-северо-востока на юго-юго-запад с постепенным падением пьезометрических
уровней по пути потоков.
Наибольшее погружение артезианских вод нижнего юрского
горизонта на оси впадины достигает около 600 м.
Вся толща артезианского бассейна насыщена водами пресными,
относящимися к типу инфильтрационных артезианских вод
выщелачивания. Исключением являются лишь участок г. Миргорода,
где в юрском и сеномаиском горизонтах обнаружена солепая хло-
ридно-натриевая вода, происхождение которой приписывают вос-
38

*і!і$
УвцонаУпзсіі wo 'Щ
WfUMO
ХЗНУ'Л
39

ходящим водам, проникающим в зонах тектонических нарушений
(соляных куполах) из глубоких толщ палеозойских отложений,
заключающих здесь погребенные высокоминерализованные воды.
Указанное выше падение напорного уровня от области питания
к области стока артезианского бассейна создает здесь поток с
напорным градиентом для юрского и сеноманского горизонтов около
0,0003. В геологическом прошлом, соответствующем возрасту
древней долины Днепра, этот уклон артезианского потока,
вероятно, был раза в полтора больше. Подсчет скорости водообмена
здесь показывает, что однократный водообмен в пласте
совершается примерно в 50 000 лет. Такой медленный водообмен в
масштабе геологического времени, однако, достаточен был для
полной промывки бассейна от первичных морских вод, и все
горизонты бассейна, за исключением отмеченного выше участка г.
Миргорода, содержат богатейшие запасы пресных вод,
используемых для водоснабжения многочисленных населенных пунктов,
в числе которых находятся такие крупные города Украинской
ССР, как Киев, Харьков и Полтава.
Примером бессточного артезианского бассейна является кембро-
силурийский бассейн южного склона балтийского щита. Этот
бассейн заключает в себе два основных артезианских горизонта:
1) кембрийский, заключенный в толще песчаников нижнего кембрия,
й 2) силурийский — в известняково-доломитовой толще силура.
Слои кембрийских и силурийских отложений в области южного
склона балтийского щита полого падают на юг и, кроме того,
выклиниваются по направлению на юго-восток, вследствие чего
в Москве девонские отложения непосредственно налегают на до-
кембрийские кристаллические породы, поверхность которых
опущена на глубину 1650 м.
По характеру залегания кембрийских и силурийских, слоев
южный склон балтийского щита представляет собой
моноклинальную структуру с выходом указанных выше водоносных горизонтов
на северной окраине, т. е. в области побережья Финского залива
и Карельского перешейка. По другую сторону этого бассейна мы
выходов вод тех же пластов не находим. Эти условия создают
здесь бессточный артезианский бассейн.
Выходы нижнекембрийского водоносного горизонта на
поверхность по северной окраине артезианского бассейна неизвестны,
так как они перекрыты четвертичными отложениями. Этот
водоносный горизонт обнаружен буровыми скважинами в ряде пунктов:
Таллине, Сестрорецке, Ленинграде, где из данного горизонта
получены артезианские воды различного химического состава:
в Таллине — пресная, в Сестрорецке солоноватая с содержанием
хлора 0,588 г/л и сухим остатком 1,089 г/л, в Ленинграде соленая
с содержанием хлора до 2,5 г/л и сухим остатком до 4,0—4,5 г/я.
Силурийские водоносные известняки к доломиты выходят на
поверхность в область силурийского плато к югу от Ленинграда,
где мы имеем обмльные воды карстового типа, дающие питание
мощным источникам с дебитом до 2000 я/сек. Воды силурийского
40

плато маломииерализованные, с сухим остатком всего около
300 мг/л и общей жесткостью от 10—17°. Это типичные пресные
грунтовые воды выщелачивания. Южнее вместе с погружением
силурийских слоев, где они уже перекрываются девонскими
отложениями, мы в них, как и в кембрийских, обнаруживаем
значительное повышение минерализации. На ст. Чудово, в 125 кмкюгу
от Ленинграда, буровая скважина на глубине 175—230 м в
силурийских известняках и доломитах вскрыла воду соленую с сухим
остатком 5,525 г/л и содержанием хлора 2.550 г/л.
Приведенные данные показывают, что в кембро-силурийском
артезианском склоне пресные воды имеются лишь в
непосредственной близости к выходам. Уже недалеко от области выхода
в краевой зоне артезианского бассейна мы имеем воду
повышенной минерализации, солоноватую или соленую, представляющую,
очевидно, продукт смешения пресных инфильтрационных вод
с первичными солеными водами.
В более удаленной от мест выхода области распространения
артезианских водоносных горизонтов мы имеем в кембрийских и
силурийских отложениях соленую воду.
Описанное распределение вод различной минерализации
является типичным для артезианского бессточного бассейна, в
котором лишь краевая зона затронута циркуляцией и водообменом
иод влиянием проникновения инфильтрационных вод на выходах
артезианских водоносных пластов. Значительная же часть
представляет собой бессточный бассейн, в котором погребенные
высокоминерализованные воды покоятся без значительных
изменений в течение ряда геологических периодов.
Бессточные артезианские бассейны на Русской платформе мы
встречаем в ряде мест. Таковым является среднедевонская толща,
слагающая нижнюю часть Подмосковной палеозойской
котловины, где в г. Москве буровая скважина на глубине начиная
с 700 -и и до 1650 вскрыла рассольные воды с концентрацией
свыше 100 г/л. Более высокие слои девона (верхний девон) здесь
содержат воду сульфатную с минерализацией около 4—5 г/л,
а слои каменноугольных известняков и доломитов—воду пресную,
с минерализацией, постепенно убывающей снизу вверх от вод
сульфатно-гидрокарбонатного типа в нижнем карбоне с сухим
остатком около 0,500—1,000 г/л и до вод мягких
гидрокарбонатного типа с сухим остатком около 0,360 г/л.
В области развития пермских отложений Восточно-Русской
впадины мы находим сплошное распространение глубоких
погребенных соленых вод и рассолов в девонских, каменноугольных и
частью пермских отложениях. Здесь мы имеем огромный
бессточный артезианский бассейн или ряд практически бессточных
бассейнов, имеющих, правда, кое-где сток в виде восходящих
соленых источников, роль которых в общем водном балансе
ничтожна. Среди высококонцентрирозанных глубоких вод
Восточно-Русской впадины в ряде мест обнаружены ценные иодо-бромные
воды промышленного значения.
41

Несколько особый характер имеют артезианские бассейны
синклинальных межкупольных структур областей соляной тектоники.
Межкупольные участки характеризуются относительно спокойным
залеганием слоев, но это спокойное залегание слоев резко
нарушается в области куполов, занимающих обычно значительно
меньшие по площади участки. По склонам куполов выходят на
поверхность приподнятые на десятки и сотни метров водоносные слои,
залегающие в межкупольных понижениях на значительной глубине
и образующие там артезианские пласты. Выходы их по склонам
поднятий в зависимости от топографических условий являются
областями питания или областями дренирование гюдоносных
горизонтов, сопровождающихся нереідко мощными источниками.
Ниже в главе III нами приводятся некоторые данные о
водоносности южной части Общего Сырта, являющегося типичной
областью развития межкупольных водообильных структур (см. §21,22).
§10. Артезианские бассейны межгорных впадин и синклинальных
структур горных сооружений
Артезианские бассейны, формирующиеся в синклинальных
структурах горных сооружений, по размерам можно назвать
малыми и средними артезианскими бассейнами. Бассейны эти весьма
разнообразны по формам вмещающих их структур и по режиму вод.
По химическому составу воды этого рода бассейнов обычно
пресные или среднеминерализованные, что зависит от строения
бассейна, геоморфологии, от возраста структуры, современных
климатических и других физико-географических факторов.
Довольно характерные артезианские бассейны мы находим
в межгорных впадинах, примером которых может служить юрская
мульда в Карагандинском бассейне (рис. 2). Ложем этой .мульды
являются дислоцированные каменноугольные отложения, на
которых несогласно налегают более спокойно залегающие юрские
отложения, представленные крупнозернистыми песками, галечниками,
песчаниками, глинами и глинистыми сланцами общей мощностью
свыше 300 м. В слоях песков и галечников юры содержится
несколько водоносных горизонтов с напорной водой, дающей в
скважинах самоизлив с дебиюм до 2,5 я/сек.
По химическому составу вода здесь пресная с содержанием
хлора 38—121 мг/л и жесткостью 4,4—8,4°.
Артезианский юрский бассейн Караганды имеет размеры в
ширину 20—30 км, в длину 60—80 км. Область питания его
исчислена приблизительно в 100 км2. По сравнению с огромными
артезианскими бассейнами Русской платформы это — малый бассейн,
занимающий в десятки раз меньшую площадь. Малые размеры и
относительно значительные превышения мест выхода
артезианских горизонтов способствуют сравнительно интенсивной
циркуляции вод и обусловливают их невысокую минерализацию.
Артезианские бассейны в горных районах приурочены к
структурам как складчатого типа (синклиналям), так и дизъюнктивного.
42

* - се j* „•
Sf
V*
ч\-
O.'-
:o-
\-:Щ:6іА
ш
dfofoyd
tj
*о
! 1
"с?
г*э
i—
<
<N
^
«M
*>tt
ЪЦ
^1}
I
I
Й
<fc-H
Si
a
о
с
то
к
эж
о
TO
о
id
о
Я
К
Pt
Я
TO
i-.
TO
o,
TO
m
QJ
O.
CO
TO
o,
s
и
sr
к
H
TO
ж
и
о
(N
о
к
&.
«4
я
се
s
н
<_»
«J К
a:
4»
к те ex a.
14
я
I °
<N 5
.- 4
-a
а
?>.? 5
O.-
C 2
Я
<U TO
3 4
ч о
я
те
к
К
Ч
m
о
?
те
и
Е
6
н
a
я «6
u к
а:
5 sc ч
3 * ,
Ss s
?г« . о
U -7.
Я *С
те с
Лео 3 3
Si u я
О Ч О Ч
" о а (-
ш * *>
Е и ^
&5Г
2
А) И
22
я і
с .,
Я§
ч п
о
И <U
2
ю
О
оэ
те
ч
ЭЯ
3
ю
О.Ш tj *»
Я CXcq С
-&1- ч
? f-
? я
В о
л я _ w
ч ехсхп
а о
к «а
ая 2
«
Я о $ С
S с d«
«нон
А.те те
о о,-а о.
С U г- 4J
| ЧЙЧ
I О S3 О
**• «J и и
Г/
43

Нередко мы имеем сложные
комбинации тех и других
тектонических нарушений,
приводящие к образованию
мощных потоков и
бассейнов подземных вод,
сопровождаемых выходами
источников. Примером такой
водообильной структуры
является Копет-Дзг с его
знаменитой зоной термальных
восходящих источников.
Термальная зона Копет-Дага,
открытая И. И. Никшичем и
детально изученная П. И.
Калугиным, приурочена к зоне
надвигов, развитых вдоль
северного края передовых
хребтов Копет-Дага (рис.3).
Основным водоносным
горизонтом Копет-Дага
являются известняки неокома
общей мощностью около
1500 м. В передовых
хребтах Копет-Дага отчетливо
выражены опрокинутые
складки, осложненные
надвигами. К зоне надвигов и
сопровождающих ее доугих
тектонических нарушений и
приурочены выходы
восходящих источников, питаемых
неокомским мощным
водоносным горизонтом. На
протяжении 450 км вдоль
Копет-Дага зарегистрировано
большое число источников,
суммарный дебит которых
превышает 5000 я/сек. Часть
источников выходит
непосредственно из коренных
пород, а часть изливающих
около 3000 лісек,—из
перекрывающих коренные породы
континентальных предгорных
образований — песков и
галечников. Здесь же в
предгорном шлейфе заложены
кяризы, получающие самоте-

4 CU
О t/
<¦
° S -'
о л
н о
?|
(-. р-
(X С+
? О
•-ос
NCi
en -
»-<
5? Л
О.Ч .
X и Ч
0J та С
и ю
и га
5 = В
з:
з з
п п
X ;=
— и.
О О
ю «
X X
о о
S Е
1-. —
см
За
о
:>
о,
3
я
6
и
Ж
о
со
С
О.
н
а.
си

ком воду из тех же образований. В подгорной наклонной равнине
у подножья Копег-Дага П. И. Калугин открыл напорные воды,
являющиеся главным образом дериватами вод того же основного
водоносного горизонта, перехваченных предгорными
водопроницаемыми образованиями-
§ П. Грунтовые воды речных долин
Аллювиальные отложения, выполняющие современные и
древние речные долины и сложенные обычно обломочными
водопроницаемыми породами, повсеместно содержат грунтовые воды, которые
образуют в речных долинах характерные потоки.
В зависимости от строения и уклона долины, а также
взаимоотношения грунтовых вод с водами реки можно выделить
несколько типов аллювиальных потоков.
В равнинных местностях, где речные долины имеют пологое
падение, взаимоотношение с рекой выражается или дренированием
грунтовых вод или, наоборот, питанием последних (рис. 4, 5). Гид-
роизогипсы, изображающие форму поверхности грунтовых вод,
здесь приобретают довольно сложную, иногда причудливую форму,
зависящую от направления дренирующего русла и от очертания
коренных берегов долины. В широких излучинах реки наблюдаются
участки грунтовых вод с «куполообразной» формой поверхности,
отмечаемой замкнутыми гидроизогипсами, свидетельствующими об
инфильтрации атмосферных осадков (излучины Москворецкой
долины). Уклоны грунтовых потоков здесь обычно невелики. В таки-
долинах настоящего подруслового потока, текущего вдоль долины
параллельно руслу реки, нет. Последний образуется в долинах
с более или менее значительным продольным уклоном—от
нескольких тысячных до нескольких сотых. Такие долины встречаются в
горных местностях и в предгорьях.
Течение грунтовых вод в подрусловом потоке направлено
параллельно реке или оси долины, и гидроизогипсы в таком потоке
приобретают характерную форму, пересекая долину поперек почти
перпендикулярно реке. Связь с рекой обычно весьма совершенная
при хорошей проницаемости аллювиальных отложений под руслом
реки, но она может и отсутствовать в случае наличия в верхней
части аллювия непроницаемых глинистых слоев. В этом случае
аллювиальный поток приобретает напорный характер, пример
которого мы находим в долине р. Черной в Крыму (рис. 6).
Питание вод подруслового потока, идущего параллельно реке,
совершается обычно за счет инфильтрации речных вод в участках
долины, расположенных выше по течению, а также частью и за
счет атмосферных вод. В ирригационных районах большую роль в
питании водой грунтовых потоков речных долин играют
оросительные системы, расположенные на аллювиальных террасах (рис. 7).
Подрусловые потоки несут в себе во многих" случаях крупные
запасы доброкачественной воды, весьма доступные для
использования ввиду их небольшой глубины. Целый ряд крупных населен-
46

gdogoDQog
i
|
пон&ьхіачищ
-0
3!
a»
И
о
о.
3
Ч
о
м
Я S
о
о
ь
о
л
я
га
Я й
Ч !
о9 to
§ *
2 о-
m
ч
и
О о g
О I
и
2^*
га J5
>.3
Я
к
о,
о
G
<Я
И
я
CD
О
ч
о .-
О. °
f *
О ч
to .-
**
и
S
Л
я
л
?*
і
я"
д
х
<-,
<N

ных пунктов и промышленных предприятий пользуется водой под-
русловых потоков.
В области ледниковых отложений широко распространены
древние долины, выполненные галечниками и песками, в которых
образуются мощные потоки грунтовых вод, иногда при наличии
водонепроницаемой кровли обладающих напором. Этот тип вод также
имеет большое практическое значение, являясь источником
водоснабжения крупных населенных пунктов.
Воды грунтовых потоков в аллювиальных отложениях
современных и древних долин с точки зрения практической гидрогеоло-
А**
$**
,0П(П"'>«
'**
''"63
Ч, !-<..\ .„>""""VJ
Рис. 7. Карта гидроизогипс долины р. Мейкламн
(Америка).
А—участок куполооораьн.о: о повышения поверхности
грунтовых вод за счет искусственного орошения.
гии должны быть выделены в отдельную группу, так как при
разведке и определении производительности этих потоков приходится
иметь дело с влиянием реки, могущей давать дополнительные
водные ресурсы при достаточном понижении уровня грунтовых вод
в аллювиальных террасах. Имеет значение также форма залегания
вмещающих воду аллювиальных толщ, обычно выполняющих
долины довольно ограниченных размеров по ширине и вытянутых на
большое расстояние по дл;іііс
§ 12. Грунтовые и иакспныг воды в ледниковых образованиях
и древних доледниковых долинах
Области мощного развития ледниковых и других іичов
четвертичных материковых образований характеризуются обычно г:; *:нг>
неоднородностью и невыдержанностью гидрогеологических условий.
Области суглинистых моренных полей бедны водой и
источниками; грунтовые воды здесь встречаются =... го и на небольшой
глубине как в самой морене, так и в подкоренных суглинках, ко
ввиду малой водопроводимости и водоотдачи пород запасы и
дебит этих вод весьма незначительны
48

-V
ъм
«а,*
^
о
с
к
о
fcf
о
«
О
to
ад к
>о к
О та
и
°і
go
Ьи
о Е
га
=J
DC
U
О
К
= а> i ? ч
_ с -а У w
и J « 5 «
(-«ъ х ? к
и .. о ч
па ^^ й> Ь »
УВД С >?Х
V, U
я
4>
К
f5 О I Ьі 4>
7 я *- j-
<М О U Я 41
N I- 63 ^ S
12 I о«
¦©¦ v к s
O.JH ..UK
О о з О.Я
»а
о ..
Я со
о. 2
"к
Ю Я
X
к <и
и ?¦
(У О
^ W ^ ° .
к к ? to Ч ч
3 2 s и а5
О. MS * ' U
ОКО
ор »
I II
a *J 5
с
я
. а;
«о и
о.
о
S
о
с
ей
S *
d-гс
о.
и:
о
о;
{Г
к
и
о
t:
о
U
СО
6
к
а
о
и
ЕС
3
«ее- сто
2 и fe О S Ь
Й т и ьс s *
К о 9 х
ь* т — і «е
w - я В. к
<и _ п °
. и х Е *
а Ч с У
й) О С О""
и ^ 3 ? °
¦ 4^2
і- (J 5 -
и Е ? t:
О х 5 Г
о
я
я
с 3 и X"
3 41 С «
ж х о. о. a
й сь сі ь 2 5<s> с?> 5" <?>
4 Каменский

OJfMQQdQ 't/DHDJi QMHQOQWOOQpg * Й
9'6ii *Qog d/
QQOfaOt/U ffDHQOdtf % S?
ogaaozQ ufi 1/02fi 'огщЩ v? % ^Ш
9QDhJOl/U HDjpujdQOJ ЧЩ
oLuodog anjfDddgi ^ §
-дою ^{/.wj i/osfiteowdojtx^ ^
&f®*83[l
OUJOdc* 3lQHWDd)Uf)ndl-QdDtH3 Щ ^
1§§'й|88

Первый водоносный горизонт здесь лежит иногда глубоко под
мореной в толще флювиогляциальных межморенных и подморенных
отложений, отличающихся обычно грубозернистым составом и
образующих горизонты напорных межморенных или подморенных вод
(рис. 8).
Рядом с моренными полями мы встречаем площади
флювиогляциальных и аллювиальных песчаных и галечных отложений,
которые образуют в своих толщах мощные грунтовые потоки? дающие
питание многочисленным и обильным источникам. Такого рода
грунтовые потоки существуют к востоку от Москвы, где около села Б.
Мытищи получает воду старейший Мытищинский водопровод, бывший
прежде единственным источником водоснабжения г. Москвы.
В области распространения ледниковых отложений в
Европейской части СССР в гидрогеологическом отношении большое
значение имеют древние долины, выполненные мощными песчаными и
песчано-галечными отложениями.
Некоторые из этих долин имеют древний доледниковый возраст
и врезаются глубоко в толщу коренных отложений района. Такие
долины имеются в Москве, где они обнаружены в результате
разведок под трассы московского метрополитена и под другие
сооружения.
Одна из долин проходит вдоль современной долины р.
Неглинки. Древние долины прорезают толщу юрских отложений и
врезаются в известняки карбона.
Древние долины будучи выполнены водопроницаемыми
песками, образуют связь между водами, заключенными в известняках
карбона, и грунтовыми водами в четвертичных флювиогляциальных
и позднейших элювиальных отложениях. При этом создаются
явления взаимодействия тех и других вод.
Как грунтовые воды в четвертичных отложениях, так и
напорные воды известняков карбона дренируются долиной Москва-
реки.
При этом в местах, удаленных от реки, уровень грунтовых вод
выше пьезометрического уровня вод известняков, а в пределах
долины Москва-реки, наоборот, пьезометрический уровень вод
известняков выше уровня грунтовых вод аллювия Москворецкой долины
и уровня самой реки. Такое соотношение уровней показывает, что
вдали от реки происходит питание напорных вод известняков
грунтовыми водами; проннкающшми в известняки через древние долины.
В пределах же современной долины Москва-реки, наоборот,
напорные воды дают питание грунтовым водам аллювия.
§ 131. Водоносные галечники междугорных долин
Очень важное значение для водоносности горных областей
имеют галечники горных долин и предгорий. В этих галечниках
образуются мощные грунтовые потоки, питаемые за счет поглощений
атмосферных вод, а также речных вод. В горных областях можно
выделить следующие основные типы галечниковых накоплений:
51

1) междугорные долины, выполненные аллювиальными
обломочными породами,
2) конуса выносов предгорных областей,
3) предгорные наклонные равнины,
4) междугорные низменности.
Из горных долин в гидрогеологическом отношении интересна-
Мухранская равнина в Грузии, расположенная поперек р. Арагвы.
Мухранская равнина представляет собой древнюю долину,
выполненную мощной толщей галечников (рис. 10). С южной стороны до-
Рис. 10. Схема грунтового потока междугорной Мухранской
древней долины в месте пересечения поперечной современной
долины р. Арагвы.
а. Область поглощения речных вод
б. Область выхода источников
1—галечники древней долины; 2—коренные относительно водоупорные
породы; 3—гидроизогипсы; 4—направления движения грунтовых вод; 5—
источники; б—уровень грунтовых вод вдоль правого берега реки; 7—
уровень реки.
лина эта ограничена массивом слабо водопроницаемых плотных
конгломератов и песчаников, представляющих собой подземный
барраж для грунтового потока, заключенного в галечниках. Река
Арагва, выйдя из ущелья, врезается в толщу галечников
Мухранской равнины и протекает по ней на протяжении более 6 км.
Исследование зеркала грунтовых вод вдоль реки на участке от
выхода ее из ущелья до упомянутого выше массива песчаников и
конгломератов, показало следующее: непосредственно по выходе
из ущелья на абсолютной отметке около 548 м уровень грунтовых
вод в Мухранской равнине имеет падение от реки. Здесь
происходит инфильтрация речных вод в галечники. В южной части Мух-
52

¦ранской равнины несколько выше упомянутого ранее массива
песчаников и конгломератов в правом берегу реки выходит ряд
мощных источников. Общий их дебит: минимум (в марте) 73 800 мЧсуг,
максимум (в июне—июле) 116 850 м*/сут. Зона инфильтрации
удалена от середины зоны выхода родников на 5 км. Если измерить
•среднюю длину пути фильтрации по кривой в пределах Мухранской
равнины, то получится около 6, 7 км.
Скорость грунтового потока, определенная флюоресценом, в
среднем 16 м/сут- Изменение расхода реки в связи с
инфильтрацией в зоне питания грунтовых вод и выходом родников в зоне
дренирования грунтовых вод отмечается замерами расхода реки,
^величина которого до зоны инфильтрации 16 м3/сек, у села Натах-
тари до выхода родников — 12,5 м*/сек, а ниже родников —
17,5 мЧсек.
Интересны данные, характеризующие дебит грунтового потока
на 1 пог. ж берега:
Южные родники на протяжении 400 м дают 1,0 л/сек
Северные » » » 700 » » 0,49 — 0,7 »
Крайние северные родники 300 » > 0,29 — 0,52 >
на протяжении
Конуса выносов предгорий представляют собой обычно мощные
отложения галечников, благоприятных для накопления
значительных ресурсов грунтовых вод. Источником питания последних здесь
являются не только атмосферные осадки, выпадающие в пределах
конусов выноса, но также воды рек, вытекающих из гор (рис. ПА
и 11Б), так как в верхних частях конусов выноса грунтовые воды
залегают как правило, на довольно большой глубине ниже уровня
рек (по крайней мере десятков метров). Образующийся в
результате инфильтрации в течении атмосферных и речных вод
грунтовый поток в более пониженных частях конуса снова выходит на
поверхность в виде многочисленных источников. Иногда грунтовый
поток на периферии конуса выноса, где галечники перекрываются
более глинистым слабо проницаемым материалом, приобретает
напорный характер, и при вскрытии его скважинами здесь могут
получаться самоизливающиеся воды.
Конусы выносов обычно являются составными частями таких
более сложных геоморфологических комплексов, как наклонные
равнины и междугорные низменности, окаймляя их со стороны гор.
В таких случаях конусы выносов вместе с низменностями
образуют характерные гидрогеологические бассейны.
§ 14. Воды междугорных низменностей
Междугорные низменности заключают в себе характерный
комплекс песчано-галечных и глинистых аллювиальных и пролювиаль-
ных образований, богатых грунтовыми водами и отличающихся
типичными чертами распределения вод.
Особенно характерные гидрогеологические условия мы
находим в междугорных низменностях, находящихся в условиях
засушливого к ли мат п.
53

Междугорные низменности представляют собой широкие
понижения или долины, расположенные между горными массивами и
имеющие в значительной своей средней части нид слабо
расчлененных равнин.
Глубокие долины и ущелья,
расчленяющие склоны гор,,
открываются в
междугорную низменность, образуя
вдоль подножья гор полосу
конусов выносов, сложенных
мощными галечниками.
Сама низменность выполнена в.
нижней части обычно пролю-
виальными и
аллювиальными образованиями, в составе
которых по направлению от
периферии к центру
наблюдается закономерное
уменьшение крупности зерна и
переход песчано-галечных
отложений частично в
глинистые породы. Центральная
равнинная часть низменности;
вверху покрыта
лёссовидными суглинистыми породами.
Междугорные
низменности в засушливых странах
являются местом
сосредоточения значительных
ресурсов подземных вод и рек н
по условиям рельефа< и
почвам благоприятны для
создания оросительных систем.
Таковы например,
междугорные низмености и долины'
Узбекистана: Ферганская кот*
ловина в бассейне р. Сыр-
Дарьи, Самаркандская котловина в бассейне р. Зеравшан, Кнтабо-
Шахризябская котловина, занимающая восточную равнинную часть
бассейна р. Кашка-Дарья, Сурханская долина в бассейне р. Сурхан..
В Закавказье, на территории Азербайджанской ССР, находится
обширная Кура-Араксинская низменность, заключающая ряд
крупных массивов орошаемых земель, с которыми мы подробней
ознакомимся, рассматривая гидрогеологические условия орошаемых
земель.
Междугорные низменности представляют интерес и как
геологические структуры, благоприятные для накопления значительных
ресурсов подземных вод, и как места, благоприятные для созданий
ирригационных систем.
45
Рис. 11. А. Схема
гидрогеологических зон предгорного аллювиального
конуса выноса.
Б. Схематический разрез конуса выноса.
/—зона поглощения вод поверхностного стока;
Я—верхняя зона подземного стока; III—
нижняя зона подземного стока; IV—зона
дренирования

Типичный пример междугорной низменности представляет
Ферганская котловина в Узбекской ССР, описанная О. К. Ланге (рис.
]2). Ферганская котловина окружена со всех сторон горными
хребтами и имеет выход только на юго-запад. В котловине
сливаются две крупные реки —Кара-Дарья и Нарын, дающие начало
Сыр-Дарье.
Окружающие котловину горы сложены на участках,
прилегающих к котловине, мезозойскими и третичными отложениями, а
далее палеозойскими породами.
Сама котловина выполнена четвертичными континентальными
отложеиями мощностью свыше 150 м. Они представлены галеч-
шт> сэ* -¦•-*
Рис. 12. Грунтовые воды предгорной
Ферганы (по О. К. Ланге).
1—лёссовые суглинки; 2—галечники; 3—уровень грунтовой воды.
никамн, песками и лёссовидными суглинками. Последние слагают
центральную равнинную часть котловины.
Характерным образованием для Ферганской котловины
являются конусы выносов горных рек: Соха, Исфарьі и др. Реки эти не
доходят до Сыр-Дарьи, так как воды их забираются на орошение;
часть речных вод идет на инфильтрацию в галечники конусов
выноса.
В верхних частях конусов выноса грунтовые воды залегают
Довольно глубоко. Здесь происходит частичная инфильтрация речных
вод в галечники. По направлению к центру котловины
обломочный материал галечников становится постепенно более
мелкозернистым и переходит в пески. Вместе с тем поверхность земли в том
же направлении понижается, грунтовые воды все более и бо^ее
приближаются к поверхности и, наконец, на полосе перехода от
конусов выноса к равнинной пониженной части котловины
появляются выходы источников, местами же неглубокие грунтовые
воды здесь дренируются арыками (заурами) отводящими воду на
орошаемые поля. Эти арыки, несущие прозрачную грунтовую воду,
носят название «кара-су» (темная вода) в отличие от арыков с
мутной водой, питающихся из рек.
В центральной равнинной части котловины развиты пролювиаль-
ные и аллювиальные лёссовидные суглинки, мощность которых уве-
55

личивается по направлению к центру котловины. Грунтовые воды
в суглинках находятся на небольшой глубине, всего лишь в
нескольких метрах от поверхности, а в пониженных местах — на
глубине менее одного метра.
Вода в галечниках мало минерализована, являясь хорошим
источником для водоснабжения и орошения. В суглинках
центральной части котловины вследствие процессов засоления грунтовые
воды сильно минерализованы (сухой остаток достигает 90 г/л).
В галечниках центральных частей котловины, залегающих под
суглинками, заключен другой более глубокий водоносный горизонт
с напорной водой. В западной части Ферганской котловины
имеются скважины, дающие из галечников фонтанирующую воду
хорошего качества с дебитом до 172 м3/час.
Группы источников, выходящих по периферии конусов выноса и
питающих арыки Кара-Су, используются для ряда ирригационных
систем Ферганского оазиса с общей орошаемой площадью свыше
30 000 га. Суммарный расход этих источников О. К. Ланге
оценивает в 32 мг1сек.
В Ферганской котловине наблюдается закономерное «поясное
распределение вод в пределах конуса и прилегающих к ним про-
.лювиальных равнин». «Мы наблюдаем», — пишет О. К. Ланге, —
как бы зону поглощения в повышенных частях конуса, зону
выклинивания по его периферии и зону вторичного поглощения или
углубления подземных вод, а вместе с тем и зону их засоления в
пределах, прилегающих к конусам выноса іфолювиальных частей
долины».
В качестве другого примера междугорной низменности приведем
Биг Смоки Валли (Big Smoky Valley) в Северной Америке,
описанную Мейнцером [139].
Биг Смоки Валли представляет собой типичную пустынную
долину в штате Невада, окаймленную горными цепями (рис* 13, А
и Б). В эпоху плейстоцена эта долина представляла собой озеро
(озерный бассейн), в настоящее же время центральная часть е?
представляет солончаковую равнину. Северная часть этой долины,
изображенная на рис. 13, имеет ширину около 25 км и площадь
около 3200 км2. іБольшая периферическая часть долины занята
конусами выноса или предгорными шлейфами, сложенными про-
дуктами разрушения горных пород. Центральная низменность
занята солончаками. Окружающие долину горы прорезаны
многочисленными каньонами, каждый из которых несет в долину воду.
Долина находится в условиях сухого климата; среднее годовое
количество атмосферных осадксз около 175 мм.
Ложе долины сложено непроницаемыми породами, сама же
долина выполнена пористыми, обломочными образованиями,
насыщенными до некоторой высоты грунтовыми водами.
Источниками питания образующегося в долине бассейна
грунтовых вод являются: речные воды более крупных каньонов с
постоянным течением, паводковые воды каньонов, обычно
являющиеся сухими, подрусловые потоки некоторых каньонов, атмо-
56

сферные осадки, выпадающие непосредственно на коренные
породы.
Главная масса грунтовой воды возвращается на поверхность
Рис. 13. Межгорная долина
Биг' Смоки-Взлли (штат
Невада США)
А. Карта четвертичных
отложений:
і—аллювиальные отложения
конусов выноса; 2—плейстоценовые
озерные отложений; 3— горные
массивы, окружающие долину;
4—сбросы; 5—границы водосбора
долины.
в виде источников или в виде восходящих капиллярных токов,
идущих на испарение через почву, на транспирацию растениями.
На западной стороне долины линия выходов источников
продвигается на 30 км. На восточной стороне источников меньше, так
как водное питание с этой стороны значительно слабее
сравнительно с западными горными массивами.
57

Между, западной линией источников и подножием гор
наблюдается немного источников, приуроченных к сбросовым трещинам
(термальные источники). Общий годовой расход подземных вод
/ ' V та
>"s
4;''.".;:":':V? i
v*-~.- - t 5
4 j •_
¦^-*
0
=fc
-3
0
Рис. 13. Межгорная долина
Бит Смоки-Валли (штат
Невада США).
Б. Карта подземных вод:
і—горная область поверхностного
стока, питающего долину;
Я—область питания грунтовых вод долины
(инфильтрация поверхностных и
атмосферных вод); 3—площади
интенсивного расхода грунтовых
вод на испарение и транспирацию.
Плотная штриховка обозначает
центральные участки долины,
практически лишенные
растительности (солончаки); 4—источники ^
5— линии изобат, показывающие
приблизительно -глубину зеркала
грунтовых вод в футах.
верхней части долины —60—120 млн. м3, что составляет 8—17%
от общего количества атмосферных осадков на водосборной
площади долины.
В долине имеются колодцы с дебитом до 30 л/сек. Большое

число самоизливающихся буровых колодцев имеется в
центральной части долины с засоленными почвами. За малыми
исключениями, подземные воды долины содержат умеренное количестве
минерализующих веществ.
§ 15. Воды карстовых областей
В областях распространения горных пород, подверженных
выщелачиванию (известняки, доломиты, гипсы, каменная соль)
формируется характерный тип подземных вод, называемых карстовыми
водами. В качестве водоносных пород наибольшее значение имеют
доломиты и известняки, которые мы и будем иметь в виду в
дальнейшем. Лишь в исключительных случаях приходится имеют дело-
с гипсом как с водоносной породой. Карст налагает на страну
характерный облик, определяемый в целом как карстовый
ландшафт. Формы рельефа карстовых районов с их провальными
воронками, понорами и высокая водопроницаемость закарстованных
массивов создают условия для интенсивного поглощения
атмосферных вод. Отдельные воронки могут поглощать большие
количества атмосферной и стекающей по поверхности воды. По
наблюдениям Н. Ф. Погребова, одна из воронок на силлурийском
плато в окрестностях Ленинграда поглощала во время
снеготаяния весной 1906 г. до 1500 м3 в сутки. Не приходится сомневаться
в том, что общее количество поглощаемой воды и, следовательно,,
питание подземных вод значительно возрастет в местностях с
карстовым ландшафтом.
Толщи известняков и доломитов, охваченные карстом,
достигают нередко нескольких сотен метров мощности. При
отсутствии водонепроницаемых прослоев в такой толще при значительной
ее дренированности мы встречаемся с характерной особенностью
карстовых районов — с малой густотой гидрографической сети и
относительно малым числом выходов подземных вод. Зато
отдельные выходы карстовых вод отличаются значительными размерами,
что является особенно характерным для карста. Большинство
самых крупных источников относится именно к карстовым. Во
Франции имеется известный источник Воклюз, дебит которого
максимально достигает 120 мЧс-ек, Водоносными породами являются за-
карстованные неокомские известняки. В США есть источник Гриир-
Спринг в Орегоне, питающийся водами из доломитов (ордовичская
формация); дебит этого источника достигает иногда 22,7 мЧсек.
В СССР известен ряд мощных карстовых источников, из
которых укажем: Аянский источник в Крыму, питающийся карстовыми
водами юрских известняков Чатыр-Дага со среднегодовым
дебитом около 600 я/сек\ источники на силурийском плато в районе
Павловска с дебитом до 300 л!сек.
Поглощенные карстом воды, вследствие высокой водопроводи-
мости карстовых массивов в условиях значительного развития
дренирующей эрозионной сети, быстро передвигаются к местам
59

выхода источника и так же быстро расходуются. Это
обстоятельство создает во многих случаях особые черты режима карстовых
источников: резкие колебания их дебита под влиянием выпадения
атмосферных осадков и значительное истощение в засушливые
периоды.
Одной из характерных особенностей гидрографии карстовых
районов является перемежаемость течения рек, которые иногда на-
і
I \ п \ in
Рис. 14. Схематический разрез синклинальной структуры,
включающей толщу водоносных закарстованных известнякоі
(Cj) на Урале (по материалам Скиргелло).
/—аллювий; 2—известняки нижнего карбона; 3—эффузивные и осадочные
водоупорные породы карбона девона; 4—источники; 5—водозаборные
скважины.
/—зона поглощения речных вод; Л-зона подземного стока поглощенных
вод; III—зона дренирования карстовых вод.
цело исчезают в карстовых толщах, затем снова появляются на
поверхность в виде мощных источников. Карстовые воды в
карбонатных породах (известняках и доломитах) представляют собой
типичные воды инфильтрационного цикла, характеризующиеся
ввиду интенсивного обмена невысокой минерализацией
гидрокарбонатного типа. В гипсовом карсте воды более высокоминерали-
зованы за счет сульфатов кальция и отличаются высокой
постоянной жесткостью, делающих эту воду негодной для питьевого
водоснабжения.

Глава HI
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ КАК МЕТОД
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ ПОИСКОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
§ 16. Задачи и содержание гидрогеологических съемок
Принцип рациональной последовательности развития поисков И
разведок подземных вод требует в их начальной стадии создания
общей геологической и гидрогеологической базы в виде
выяснения геологической структуры, условий залегания водоносных
горизонтов и их выходов на поверхность. Данная задача
осуществляется гидрогеологической съемкой, которая представляет собой
комплексное полевое исследование, включающее в себя вместе
с исследованием геологического строения района изучение его
водоносности. Основной задачей является составление гидрогеоло-і
гической карты с соответствующим геологическим и гидрогеолог v
гическим описанием района.
Необходимо отметить, что до сих пор в практике мы
встречаемся с неправильным пониманием содержания
гидрогеологической съемки как некоторым дополнением к геологической съемке,
которая якобы, должна предшествовать гидрогеологической
съемке. На долю гидрогеологической съемки при таком
искаженном понимании задач полевого гидрогеологического исследования
приходятся лишь регистрация и описание выходов источников,
колодцев, буровых скважин, геологические же объекты полевых
наблюдений—обнажения горных пород, экзогенные процессы, формы
рельефа и т. п. — вставляются без внимания. В результате такого
явно ошибочного отношения к делу не получается должной
увязки данных по водоносности с геологией, что отрицательно
отражается на дальнейших стадиях гидрогеологического
исследования.
Мы должны еще раз повторить, что гидрогеологическая съемка,;
должна прежде всего рассматриваться как комплексная геологи- д
ческая съемка, включающая одновременно все элементы геологи- J
ческого исследования и необходимые элементы исследования во- \
доносности и гидрогеологического картирования.
61

Съемка преследует прежде всего задачу выяснения
геологического строения района (стратиграфии, литологии, тектоники,
геоморфологии) и составление геологической карты, что дает
геологическую основу для проведения всех дальнейших
поисково-разведочных исследований.
Даже в случае если геологическая съемка была проведена
іранее, гидрогеолог должен в значительной мере ее повторить
при производстве гидрогеологической съемки для того, чтобы
конкретно изучить геологическое строение района и ближе
увязать свои гидрогеологические наблюдения с геологическими
данными.
В числе составных элементов гидрогеологической съемки,
помимо геологических наблюдений, отметим следующие:
1) изучение источников и других выходов подземных вод,
2) изучение колодцев, буровых скважин и источников
существующего водоснабжения,
3) изучение поверхностных водоемов и рек района,
4) регистрация, описание и картирование
физико-геологических явлений, связанных с подземными видами: оползней,
карстовых образований, просадок, заболачивания, засоления.
В геологическом исследовании при производстве
гидрогеологической съемки, помимо отмеченных выше наблюдений, изучаются
следующие вопросы, которые необходимы для выяснения
проявлений водоносности в различных типах горных пород.
В области развития осадочных пород необходимо выяснить фа-
циальный тип осадков (морской, лагунный, континентальный), ли-
тологический состав водоносных горизонтов, определяющий
водные свойства пород и в некоторой части и химизм заключенных
в них вод; в области развития мощного комплекса четвертичных
отложений должка быть достаточно четко выяснена
геоморфология района, позволяющая более обоснованно установить условия
распространения четвертичных водоносных комплексов; в области
плотных кристаллических пород и в частности в горных районах,
должна быть выяснена и трещиноватость, связанная с
выветриванием пород, что послужит базой для обоснования поисков
трещинных вод.
В области развития известняков, доломитов и других карсіу-
ющихся пород необходимы наблюдения над карстовыми
явлениями.
Съемочные работы иногда дополняются разведками
поискового характера, заключающимися главным образом в заложении
не1лубоких скважин и пробных откачек из них. В таком виде
гидрогеологическая съемка, поставленная как первая стадия
исследования для разрешения конкретных гидрогеологических задач,
приобретает характер предварительных поисков подземных вод,
которые должны затем послужить основой для детальных поисково
разведочных работ.
Гидрогеологическая съемка может быть и самостоятельной,
вполне завершенной работой, когда ставится задача систематиче-
62

«ского изучения ресурсов подземных вод для более значительных
территорий в целях составления обзорных гидрогеологических
карт, служащих научной основой для постановки различных
гидрогеологических работ при разрешении конкретных задач,
возникающих по запросам народного хоэяіктва.
Масштаб гидрогеологической съемки, проводимой для
исследования источникон водоснабжения н стадии поисков, выбирается
в зависимости от размера изучаемой территории н сложности
геологического строения (нередко он определяется имеющимися
топографическими основами). Наиболее применимыми
картографическими основами для поискдув подземных: вод, следует ..считать
масштаб J,;5Q 000—Т: 100.0OQ, чему соответствуют и наиболее
распространенные масштабы существующих топографических основ
в нашем Союзе. Реже для гидрогеологических съемок
применяется масштаб 1 .-25 000 или еще более крупный, что может быть
вызвано сложностью гидрогеологических условий местности и
относительной ограниченностью исследуемого района.
С другой стороны, более мелкие масштабы, мельче 1:100 000
(1 ; 200 000, 1 : 500 000, 1 : 1 000 000) применяются для составления
обзорных гидрогеологических карт обширных территорий. В
настоящее время в СССР для крупцых і^гйаіШВ .составляются
гидрогеологические карты в масштабе 1 :500 000.
§ 17. Изучение источников в процессе гидрогеологических
съемок
Сведения о выходах источников, получаемые
гидрогеологической съемкой, являются основным материалом для первого
суждения о подземных водах района, о стратиграфическом положении
водоносных горизонтов, о химическом составе воды и даже
отчасти о количестве подземных вод. Выходы подземных вод
являются основными опорными пунктами для гидрогеологического
картирования. Вместе с тем они могут быть и объектом
непосредственного использования.
Это должно быть учтено при гидрогеологической документации
в процессе производства съемки. При детальной съемке в
масштабе крупнее 1 : 50 000 должны быть нанесены на карту все источ
ники и другие выходы подземных вод. При более мелких
масштабах количество регистрируемых и наносимых на карту источников
зависит от масштаба съемки, а также от густоты выходов
подземных вод. В засушливых маловодных районах, где выходы
подземных вод относительно редки, каждый источник должен быть учтен
и описан особенно тщательно, так как это нужно не только для
более полного познания водных ресурсов района, но и для
конкретных практических целей непосредственного использования
источников в засушливых районах, где каждый вновь открытый
источник имеет большую ценность для местных потребностей
народного хозяйства.
63

Описание источников ведется примерно по следующей программе:
1. Местонахождение и рельеф места выхода источника.
Здесь указываются следующие данные: положение выхода источника па
отношению к элементам гидрографической сети (берега и склоны долины реки,
балки, овраги, берег моря, склон или подножье горы); расстояние от
ближайшего населенного пункта; приводится местное название источника; описывается
подробно рельеф места его выхода с зарисовкой схематического профиля
поперек склона и берега или по другому характерному направлению.
2. Высотная отметка выхода источника.
По возможности должна быть установлена абсолютная отметка выхода
источника, которая может быть определена приблизительно по горизонталям
топографической карты, или же с помощью анероида, а в некоторых случаях,
при детальном исследовании, — нивеллиром.
Необходимо также определить превышение места выхода источника над
уровнем ближайшей реки или над дном долины, что особенно важно сделать,,
если абсолютную отметку получить не представляется возможным.
3. Геологическое строение и состав водоносного пласта.
Вместе с описанием рельефа описывается геологическое строение места
выхода источника, для чего используются данные геологической съемки
прилегающей местности и подробно изучаются ближайшие обнажения. На основании
изучения геологического строения выясняется состав и стратиграфическое
положение водоносного горизонта, питающего источник.
4. Тип источника.
На основании данных геологического строения выясняется тип источника:
восходящий, нисходящий, карстовый и т. п.
5. Качество воды по опробованию на вкус и полевым анализом.
6. Дебит источника по определению водомерными приспособлениями или
на глаз.
7. Оборудование источника каптажными устройствами.
8. Цели использования: для питьевого водоснабжения, для промышленного,,
для орошения, водопоя и т. п.
При массовом обследовании источников данные их описания
удобно изложить в форме таблицы (табл. 6).
Из перечисленных вопросов особенно важное значение имеет
выяснение типа источника и его генезиса, чему мы посвятим
отдельный параграф. Сейчас же остановимся на определении дебита
и качества воды.
Необходимо отметить, что определению деби'іа источников при
производстве гидрогеологической съемки часто не уделяется
должного внимания. Многие исследователи, не желая затруднять себя
и задерживаться на отдельных источниках, ограничиваются лишь
глазомерной оценкой дебита или определением его такими
подручными средствами, как, например, поплавками и часами с секундной
стрелкой, что, конечно, не дает точных надежных количественных
данных об источниках.
Определение дебита источников должно производиться с
помощью водосливов, мерных сосудов, гидрометрических вертушек
и т. п.
Водосливы применяются для источников с дебитом не менее
] jiJceK. Для источников с малым дебитом, менее 1 лісек, точный
замер расхода воды возможен лишь посредством наполнения
мерного сосуда с отсчетом времени по секундомеру. Для крупных
источников и для суммарного дебита ряда источников в виде ре
64

ее
о
•х.
х
ЕЕ
!Г
О
t-
X
ГС
н
^ ^ И 2S X
O.S <- к н *
г— ^ S О и
о
л
то
н
и
о
CQ
Я Ч
W О
о
СГ О
й с
К
ж
та
кинэиэяаё
-HO SHhOdjJ
ЧіЭОЛіЭЭЖ
со
о
и
«3
о
m
s 2
о
<и
а-
ихАтгеоя л
ічгон 0)
XBHBg
э^лд
¦5
Ч1Э0Н
-hedeodQ
20fif]
.LHOfcudO.l
иічнэонигоа
кминьоіэиеігохнд ;
(М.ЭЭИ1 фЭЯ1Г0(? |
S g s я 2
с; ч Е j; u
0.0 та я га
1-4 о w
смин
-* оіэи эиивяевц
чек и рек более применимы
гидрометрические вертушки и
определения расхода по живому
сечению и скорости, измеряемой с
помощью поплавков. Надо, однако,
учитывать малую точность
последнего способа, так как при
измерении расхода поверхностными
поплавками ошибка может
достигать 15%, а в среднем она около
5—10%.
Среди водосливов наиболее
удобным для средних и даже
крупных источников с дебитом
несколько десятков литров в
секунду является водослив системы
Чиполетти.
Водослив зтот имеет отверстие
в форме трапеции, меньшее
основание которой помещается внизу,
а боковые стороны образуют с
продолжением этого основания
угол 75°30' (рис. 15).
Рис. 15. Водослив Чиполетти.
Расход воды, водосливом
Чиполетти определяется по формуле:
Q--= 0,43 Bhyvgh
Q—расход, в м?ісек.,
В—ширина нижнего
водосливного ребра (малое
основание трапеции), в м,
h—напор воды или высота
уровня воды перед
водосливом над водосливным
ребром, в м%
g—ускорение силы тяжестч.
Подставляя значение-
ускорения силы тяжести 9,8 мЧсек и
помножив на 1000, мы получим
5. Каменский
65

другое выражение расхода литра воды в секунду, удобное для
вычислений:
Водослив Чиполетти обычно устраивается в виде металлической
рамки, которая прикрепляется к деревянному щиту. Можно
устроить водослив и просто из нескольких досок, скрепленных
шпонками в виде щита трапецоидальной формы высотой около
70 см и длиной около 120 см. В верхней части щита вырезается
водосливное отверстие, причем края последнего стесываются с
одной стороны (нижней по потоку), чтобы получившиеся ребра
действовали, как в водосливе с тонкими стенками, создавая условия
совершенного сжатия сливной струи.
Ширина водослива, считая по нижнему сливному ребру, для
малых и средних расходов до 10 л/сек, принимается 20 см. Для
больших расходов должны применяться водосливы с более широ*
кими отверстиями.
Сама установка водослива производится следующим способом.
Место для установки выбирается с учетом наиболее совершенного
захвата измеряемого источника или ручья и наибольшего
удобства наблюдений. Создаваемый водосливом подпор воды не
должен достигать места непосредственного выхода источника и
влиять на его естественный расход. Для удобства установки щита
ручей отводится сначала в сторону, а на глгвном русле
устанавливается водомерный щит, для закрепления которого сооружается
земляная запруда, перегораживающая русло ручья.
Когда устройство запруды будет закончено, постепенно
закрывается ток воды через временное русло. Вместе с этим в
образующемся перед щитом водоеме на расстоянии около \ м в землю
забивается рейка, на которой нанесены деления от 0 до 30 см так,
чтобы ноль рейки оказался в точности на уровне нижнего
сливного ребра водослива. Это может быть достигнуто с помощью
ватерпаса или уровня, а также и без этого специального
приспособления, следующим образом. Рейку устанавливают на место еще до
наполнения водоема перед щитом, но сначала так, чтобы ноль ее
находился несколько выше сливного ребра. Затем следят за
наполнением водоема, и в тот момент, когда уровень воды достигает
сливного ребра, ударами молотка или топора окончательно
устанавливают ноль рейки в точности на уровень воды в этот момент
После установки рейки временное русло окончательно
преграждается и вся вода пускается через водослив. Через час или больше
ток воды через водослив, постепенно увеличиваясь, достигнет
постоянной максимальной величины, отвечающей полному расходу
измеряемого ручья. Отсчет по рейке в этот момент даст величину напора
воды h, и по формуле или по таблицам вычисляется расход воды
Для небольших расходов, менее 2 — 3 л/сек, следует
применять треугольный водослив системы Томсона (рис.. 16).
При угле сливного отверстия а = 90° расход определяется по
формуле:
66

Рис. 16. Водослив Томсона.
Q= 1,4Л-УЛ
Определение расхода мерным ведром тоже с большим
удобством производится при помощи установки щитка с желобком,
через который после установившегося расхода сливной струи вода
стекает в подставленный мерный сосуд. Время наполнения сосуда
определяется по секундомеру или секундной стрелке часов.
Качество воды при
гидрогеологической съемке определяется
полевыми анализами,
производимыми в масовом порядке, и
лабораторными, более полными
анализами, выполняемыми в
выборочном порядке.
Полевым анализом даются
следующие определения:
1. Температура воды,
измеренная в источниках, колодцах и
скважинах при взятии пробы воды,
2. Вкус и запах,
3. Прозрачность и цветность,
4. Количественное определение содержания хлора,
5. Качественное определение сульфатов,
6. Жесткость,
7. Качественные реакции на азотную кислоту, азотистую
кислоту и аммиак.
При повышенной пестрой минерализации вод, что обычно
бывает в засушливых степных и пустынных областях, полевые
анализы, производящиеся в массовом порядке для опробования
степени засоленности вод, применяются в еще более сокращенном
виде: определяется содержание хлора (количественное
определение с помощью капельниц титрованным раствором азотнокислого
серебра) и содержание сульфатов (с помощью хлористого бария)
с приближенной количественной оценкой по осадку BaSC>4.
§ 18. Типы источников и значение их для изучения
гидрогеологических условий местности. Восходящие источники как
поисковый признак на артезианскую воду
Источники и вообще выходы подземных вод в процессе
гидрогеологической съемки изучаются, с одной стороны, как объекі
непосредственного использования, с другой стороны, они служат
основным материалом для познания водоносности недр. При этом,
однако, надо сказать, что по источникам и другим выходам
подземных вод судить о водоносности более или менее глубоких
слоев можно лишь при ясном представлении о геологии
местности, при четком установлении связи между выходами источников и
теологическим строением. Поэтому знание геологии исследуемой
местности является для гидрогеолога основой, без которой
никакое гидрогеологическое исследование не возможно.
Ь7

В зависимости от геологического строения и рельефа местности
характер залегания подземных вод и выходов источников может
Широко видоизменяться. Ниже мы рассмотрим несколько типичных
случаев, различающихся по характеру тектоники и строению
комплексов водоносных пород.
Распределение выходов источников в условиях спокойного
залегания пород. В случае спокойного залегания слоев —
горизонтального или полого-наклонного выходы подземных вод
располагаются в соответствии с эрозионной сетью и характером
дренирования водоносных пластов оврагами, балками и долинами.
Выходы источников при этом располагаются примерно по
границе распространения водоносных горизонтов и могут служить
опорными точками для составления гидрогеологической карты.
Приведем примеры.
Такие условия представлены на геологической и гидрогеологической каргах
участка Ллексеевского района Воронежской области (рис. 17, 18). На этом
участке внизу залегает толща сенонского мела, которая вскрыта более
глубокими балками и речными долинами района.
Выше лежат третичные отложения: 1) пески с фосфоритами (фосфоритовый
конгломерат) бучакского яруса мощностью 0.5— 1,0 м
2) мергеля киевского яруса мощность .... ... 15 >
3) синие пластичные глины харьковского яруса мощность . . 20 »
4) юзгфцевые пески полтавского яруса мощность . . . . 10 — 20 »
В толще перечисленных пород имеется два водоносных горизонта: в
основании песков полтавского яруса и в нижней части мела. Кроме того, грунтовые
воды местами наблюдаются в аллювие и делювие.
Выходы первого водоносного горизонта сопровождаются большим числом
родников, расположенных по вершинам балок и сврагов. Линия этих родников
окаймляет область сплошного распространения данного водоносного горизонта,
занимающего площади водораздельных плате. Этот же водоносный горизонт
используется многочисленными неглубокими копаными колодцами в селениях,
расположенных по краям указанного плато. Расположение этих селений
находится в тесной связи с распространением полтавского водоносного горизонта.
Другой водоносный горизонт вскрыт наиболее глубокими долинами и
балками района, которые лишь частично его дренируют, так как значительная
толща водоносного мела лежит ниже дна долин. Здесь мы встречаем родники
иного характера и меньшие числом. В пределах речных долин меловой
водоносный горизонт перекрыт большей частью аллювием и делювием. Часть
родников выходит по дну русел рек под водой. Отдельные выходы в подмытых
коренных берегах реки дают мощные ключи, бьющие из трещин мела. Выходы
этого водоносного горизонта отмечены также рядом селений, расположенных
в глубоких балках, где имеются многочисленные неглубокие колодцы и
буровые скважины, добывающие воду из водоносного мела или из покрывающего
его аллювия. Полоса между выходами первого и второго горизонта лишена
источников.
Ручьи, берущие начало от палеогенового водоносного горизонта,
сохраняют свое течение лишь в пределах распространения харьковских глин и
киевских мергелей; как только они достигают полосы выходов мела, течение их
прекращается вследствие поглощения воды сухой верхней частью толщи мела.
Это явление поглощения ручьев и небольших речек характерно для данной
местности и вообще для мест, сложенных чередованием пород проницаемых
ц непроницаемых. Особенно оно проявляется резко в области развития карста.
В местностях со спокойным залеганием пластов мы обычно
имеем нисходящие источники. Здесь встречаются следующие типы
источников; контактный, когда водоносный пласт прорезан до
основания и вода стекает с обнажённого подстилающего водоупор-
68

яого слоя; «депрессионный» тип источника, когда вскрыта лцшъ
верхняя часть водоносного пласта, основание которого лежит
глубоко ниже дна тальвега; пластовые выходы вод, образующие
/ •:¦:¦:•
2
1
I
3 \4 ©5 6
10123456789 Юкм
> ¦ і і і і і і і » і ~і—і
Ряс. 17. Геологическая карта района г. Алексеевки с показанием источников.
1- аллювий; 2—палеоген; «3~сенон -турон; 4—исіо'ыь.ки; J—Суровые скважины; б—-граница (оснонание)
о до поеного горизонта а палеогеновых отложениях и основание песков полтавского яруса (на
геологическом разрезе).

группу источников или заболоченную полосу на протяжении от
нескольких погонных метров до десятков метров вдоль линии
выхода пласта по простиранию склона или берега долины.
С
Ю
^ttt/0--.*.'.*."
і і г : ; тут ; | і ;/ , шГі^^
. *і Г | ;-.Щ-+-1ч^,а * ',/П 1-г-
• ' U-4-.
^ чПі-і^і
і • * • - * ¦ no -V"
* D '¦- • I
t-j
i_LL
1 ! і
п
2 ШШ* ВД' V ®f?
,? 4 5 Юкк
Рис. 18. Гидрогеологическая карта района г. Алексеевки,
Распространение водоносных горизонтов.
1—третичный водоносный горизонт (я песках полтавскою яруса);
2—меловой водоносный горизонт (в мелу сенона); 3—меловой водоносный
горизонт, залегающий v*. глубоко в долинах; 4—меловой водоносный горн-
зонт, перекрытый аллювием, содержащим грунтовые воды аллювиального
горизонта; 5-выходы источников; 6—буровые скважины, вскрывающие
аллювиальный и меловой водоносные горизонты; 7—восходящий
источник ):?• МСЛП.
При горизонтальном залегании водоносного пласта
распределение выходов источников весьма отчетливо отражает степень дре-
нированности пласта.
70

Более богаты источниками глубоко врезанные в
водораздельный массив вершины балок и оврагов. Эта закономерность в
распределении выходов источников может служить руководящим
признаком при поисках источников во время гидрогеологической
съемки, а также дает основание к оценке степени водообильности
тех или иных мест в зависимости от дренированное™. Обычно
выдающиеся узкие водораздельные отроги и мысы являются
наиболее дренированными и наименее богатыми водой, дают меньше
источников или совсем их лишены. Выходы источников надо
искать в более глубоко врезанных в водораздельный массив
оврагах и балках.
При спокойном горизонтальном залегании слоев всякие
неровности ложа водоносного пласта дают тоже неравномерные выходы
источников, которые обычно бывают сосредоточены в понижениях
водоупорного ложа и, наоборот, отсутствуют в повышениях.
Влияние послетретичных образований на распределение
выходов источников. На выходы подземных вод существенное влияние
оказывает покров послетретичных образований. Особенно
характерна здесь роль делювиальных образований и осыпей,
покрывающих склоны и берега. Осыпи, представляя собой нагромождение
обломочного материала, хорошо проницаемого для воды,
перекрывают коренные выходы подземных вод и дают выходы
источников у основания осыпей иногда на значительно более
низких уровнях по отношению к положению перекрытых коренных
водоносных слоев, которых может быть не один, а два и даже
несколько. Подобные источники осыпей очень распространены в
СССР в Забайкалье, где накоплению осыпей способствует
морозное выветривание плотных пород. Вследствие мощного развития
осыпей там иногда бывает очень трудно найти выходы вод
непосредственно из коренных пород, что очень затрудняет изучение
водоносных горизонтов коренных пород.
Недоучет роли осыпей в расположении выходов источников
может привести к ошибкам в определении истинного положения
водоносного пласта, а также и химического состава его воды,
которая может оказаться в осыпях смесью из вод разных горизонтов.
Подобно осыпям влияет на выходы источников и делювий,
который обычно сложен в нижней части склона из проницаемых
пород. В основании толщи делювия, перекрывающего на склоне
выходы коренных водоносных пластов, образуется вторичный
водоносный горизонт, питаемый за счет вод коренных слоев. Делювий
проводит воду на более низкие участки склона, если под ним
лежат водонепроницаемые коренные породы, ч там могут из
делювия выходить родники. Неглубоким колодцем здесь может быть,
вскрыта грунтовая вода.
Источники делювия и осыпей при гидрогеологических исследо*
ваниях следует выделять в особую группу, чтобы не смешивать с
ними источников коренных водоносных слоев.
Особенно отчетливо роль делювиального плаща выявляется в
местностях, характеризующихся асимметричным строением речных
71

долин, когда один склон бывает крутым, а другой — пологим.
Пологие склоны обычно покрыты более или менее мощным плащом
делювия. На крутых же склонах делювий развит слабо или
отсутствует, и коренные породы залегают прямо под почвой и нередко
обнажаются. На крутых склонах мы имеем выходы родников на
горизонтах, соответствующих залеганию водоносных пластов
коренных пород, выходящих по склону. На пологих же склонах
выходы тех же водоносных пластов наблюдаются лишь в глубоких
оврагах, прорезающих всю толщу делювия. В нижней части склона
в толще делювия могут быть грунтовые воды.
Присутствие малопроницаемых аллювиальных и делювиальных
образований, покрывающих водоносные коренные породы в
долине, создает иногда условия, благоприятствующие образованию
источников, имеющих вид восходящих ключей. Это, однако, не
настоящие восходящие источники, питаемые артезианскими
водоносными пластами, проводящими воду из отдаленной области
питания. Это — источники местного питания, и восходящий характер
их обусловливается напором, создаваемым перекрытием
водоносного пласта в месте его выхода малопроницаемыми слоями.
Выходы грунтовых вод по берегам и склонам нередко
сопровождаются оползнями, если имеются налицо достаточно
пластичные и способные насыщаться водой толщи глин. Оползни
нарушают правильное расположение выходов источников из коренных
водоносных горизонтов, они маскируют эти выходы. Часто из
оползших толщ, насыщенных водой, выходят источники на разных
уровнях. В некоторых случаях наблюдается характерное
расположение выходов источников из коренных несмещенных слоев по
краям оползневых цирков, в то время как в середине цирков
наблюдаются только родники из оползших толщ. Изучение
геологического строения и выходов подземных вод позволяет сделать ряд
практических выводов.
Прежде всего, выявленные выходы подземных вод сами по
себе представляют практическую ценность, являясь возможным
объектом непосредственного использования для водоснабжения.
Во-вторых, по выходам источников при горизонтальном залегании
пластов можно довольно точно определить высотное положение
водоносных горизонтов а следовательно, и глубину залегания
подземных вод в каком-либо заданном вышележащем пункте.
При пологом падении слоев изучение выходов подземных вод
позволяет, учитывая геологическое строение и рельеф местности,
составить довольно конкретное суждение о глубине залегания и
напоре подземных вод в областях погружения изучаемых
водоносных пластов.
Восходящие источники, как поисковый признак на
артезианскую воду. В областях со сложной тектоникой, проявляющейся в
более или менее крутонаклонных слоях, явлениях складчатости,
сбросах и других нарушениях залегания пород, мы встречаемся
то с погружением, то с поднятием слоев, а в связи с этим с
неоднородностью гидрогеологических условий и частой сменой на мест-
72

ности одних водоносных горизонтов другими. Для некоторых
случаев нарушенного залегания слоев очень характерно образование
восходящих артезианских источников, приводящих воду из
отдаленных областей питания.
Эти артезианские источники, обладая обычно довольно
большим дебитом, являются интересным объектом с точки зрения
использования воды. Кроме того, выходы их существенно
отражаются на водоносности питаемых артезианскими водами небольших
рек, которые обычно значительно превосходят по расходу
соседние реки, получающие воду из нисходящих источников местного
питания.
Восходящие артезианские источники имеют для
гидрогеологической съемки большую ценность также как показатели
водоносности глубоких пластов, заключающих в себе обычно артезианские
потоки.
Такого рода источники автор наблюдал в районе южного
окончания Доно-Медведицкой антиклинали по правому берегу
р. Дона, где слои образуют куполовидное поднятие (рис. 19).
В ядре поднятия залегают верхнекаменноугольные отложения,
представленные известняками с залегающей среди них толщей
пестроцветных глин. На размытой неровной поверхности карбона
лежат юрские отложения, представленные внизу толщей
кварцевых песков, а вверху толщей глин. Выше лежат глинисто-песчаные
породы нижнего мела, переходящие в пески сеномана мощностью
до 50 м. Сеноман покрывается толщей мела и мелоподобных
мергелей турона и коньякского яруса 50—70 м мощностью, выше
которых следуют мергели, опоки и песчано-глинистые породы
сенона и палеогена.
В описанных отложениях заключен ряд водоносных
горизонтов, из которых укажем следующие.
В каменноугольных отложениях имеется два мощных
водоносных горизонта, приуроченных к двум толщам известняков,
разделенных непроницаемой толщей глин.
Следующий водоносный горизонт заключен в юрских песках.
Над юрскими глинами комплекс нижнемеловых и сеноманских
песков заключает в себе мощный водоносный горизонт, с которым
связаны и воды, содержащиеся в трещиноватом туровском мелу.
Выходы восходящих источников находятся на юго-западном
крыле купола—в долинах pp. Перекопки, Б. Голубой и М. Голубой,
По Перекопке выходят восходящие источники из известняков
карбона. Слои здесь падают на юго-запад. Граница каменноугольных
отложений проходит вдоль левого склона долины. Верхняя часть
этого склона сложена юрскими породами. Следующая к западу
балка вскрывает уже турон и сеноман. Особенно характерен
источник, находящийся близ устья Перекопки и имеющий дебит
несколько десятков литров в секунду. Этот источник находится на
левом западном берегу русла.
В 1 —2 км к юго-западу от этого места выходят уже юрские
глины. По правому берегу долины, сложенному почти до самого
73

водораздела каменноугольными породами, выходы родников
отсутствуют. Лишь в нескольких километрах в балке, прорезающей тол-
Sg Qfg 5 0 5 W J5 20 25 км
Рис_ 19. Геологическая карта Донского купола с нанесением
выходов источников.
/—четвертичные отложения (аллювиальные отложения донских t утеррас); Г—палеоген;
3—сенон; 4—турон; 5— сеноиан— альб; 6—юра; 7— карбон;Й—нисходящие
источники;?—восходящие источники;
щу каменноугольных отложений, в середине купола мы имеем два
слабых родника с дебитом не более 1—2 я/сек. На северном и
восточном склонах массива известняков выходы родников отсут--
71

ствуют. Таким образом, источники Перекопки занимают в
гидрогеологии Донского купола особенное место. Из положения их
ясно, что они питаются восходящей водой артезианского потока»
идущего с юго-запада по направлению поднятия слоев, что
является основным отличием истинных восходящих источников,
тогда как нисходящие источники местного питания обычно стекают с
той стороны долины, откуда падают слои.
Другие группы восходящих источников находятся по р. Б.
Голубой на участке, где река пересекает западное крыло
антиклинали, по оси которой выходят сеноманские пески, а по крыльям—
туронский мел. Источники здесь появляются почти одновременно
с первым появлением сеноманских песков, даже несколько ранее,
пробиваясь через трещины в туронских мергелях.
На 1—2 км ниже сеноман поднимается уже метров на 30 —
40 над дном долины, и в русле уже собирается довольно большая
речка, приводящая в движение ряд небольших водяных мельниц.
Через несколько километров за восточным крылом поднятия
сеноман снова уходит в глубину, и по этому крылу ни в самой
Б. Голубой, ни в ее притоках выходов восходящих источников не
наблюдается. Лишь небольшие ручейки вытекают из высоко
залегающих и выходящих в вершинах оврагов сенонских песчаных
пород.
Еще один южный выход восходящих вод донского купола
находится в рч. М. Голубой, где в 3 — 4 км от впадения последней
в р. Дон имеются ключи, бьющие из трещин мела на дне балки.
Это место соответствует максимальному поднятию слоен,
являющемуся продолжением антиклинали, пересекаемой р. Б. Голубой.
Выходы эти питаются, вероятно, напорной водой сеноманского
артезианского горизонта, пробивающейся через небольшую,
остающуюся на дне балки толщу трещиноватых мергелей.
Выходы восходящих вод по Б. Голубой и М. Голубой дали
основание автору высказать в свое время заключение о нахождении
в толще сеномана, где он не дренирован, а лежит ниже уровня
рек. артезианской воды. Это предположение подтвердилось
бурением около станции Голубинской по створу проектируемой плотины
на Дону. Одна буровая скважина этого створа на берегу Дона
прошла всю толщу туронского мела и, войдя в сеноманские пески,
вскрыла артезианскую воду с напором около 50 м над кровлей
сеноманских песков, благодаря чему поднялась выше уровня
р. Дона.
Восходящие источники, приводящие воду издалека,
существенно отражаются на водоносности речек, питаемых ими, что
особенно резко выражено на р. Б. Голубой, многоводность
которой на много превышает другие соседние речки, расположенные к
юго-западу за пределами Донского куполовидного поднятия, хотя
эти речки по площади бассейна не меньше Б. Голубой.
Разобранный пример представляет собой случай неравномер
ного грунтового питания речек, свойственное местностям,
осложненным в отношении тектоники.
75

§ 19. Южная часть Общего Сырта как пример влияния
тектоники на выходы источников
Неравномерное распределение выходов подземных вод может
также создаваться под влиянием топографических условий.
Приведем для пояснения пример распределения источников в
южной части Общего Сырта, где наряду с тектоникой,
осложненной соляными куполами и брахиантиклиналями, на выходы
источников оказывают влияние различное высотное положение и
глубина дренирующих долин и балок на северном и южном склонах
В
Рис. 20. Геологическая карта южной части Общего Сырта.
1—четвертичные аллювиальные отложения (Qaj; 2—каспийские отложения (Q^ ¦) 3—сыр-
тоные отложения (Qs); 4—плиоцен (Na); 5—палеоген (Pg); б~—верхнемеловые
отложения— сеноман. сенон и датский ярус (Сг2); 7—нижнемеловые отложения (Сг,);
8—юрские отложения (J3); Р—источники; 70—границы гидрогеологических районов;
И—линии сбросов; 12—артезианские скважины, получающие воду из акчагыла (с. Малаховка
И с. Ивановка); 13—артезианские скважины, получающие волу из мела.
Общего. Сырта. У подножья северного склона простирается сыр-
товое плато с отметками 100 — 120 ж, а у подножья южного
склона — Каспийская равнина с отметками 25 — 35 м. Это различие
7в

сказывается на глубине и густоте эрозионной сети. На южном
склоне Общего Сырта балки и долины врезаются до отметок 40 —
50 м и образуют более густую дренирующую сеть. На северном
склоне сеть долин развита относительно меньше и дно их
врезается до отметок 90—100 м (рис. 20, 21, 22).
і 5 0 5 Ю 75 70 25км
Рис. 21. Карта водоносности южной части Общего Сырта.
1—границы куполовидных поднятий; 2—границы гидрогеологических районов; 3—источники;
4—буровые скважины (артезианские колодцы); 5—копаные колодцы; 6—пруды. Крупные
цифры на карте номера районов: 7—район коренных пород (третичных, меловых и юрских)
Общего Сырта с подрайонами—а) куполовидных поднятий, характеризующихся по „склонам"
выходами источников мелового водоносного горизонта; б) межкупольных пространств,
характеризующихся выходами источников третичных водоносных горизонтов (опск и песков)
и возможностью получения напорных вод из мелового горизонта.
2—район СыртовоЙ области, характеризующийся слабыми по дебиту и непостоянными,
пестрыми по составу грунтовыми водами, присутствием непостоянного напорного
водоносного горизонта в плиоценовых отложениях; 3— район предсыртоного уступа с глубокими
грунтовыми водами в южной части делювиальных сыртовых суглинков и в плиоценовых
песках; 4 — район Каспийской раннины с неглубокими грунтовыми водами в каспийских
песчано-глинистых отложениях, пестрыми по минерализации.
Примечание. В 2, 3 и 4 районах возможно присутствие артезианских вод, заключены::.-:
в перекрытых коренных водоносных горизонтах Общего Сырта.

Главным водоносным горизонтом
і описываемой части Общего Сырта
° являются мел и мергели сенона,
» подстилаемые нижнемеловыми гли-
| нами. Другой водоносный горизонт
заключен в палеоценовых опоках и
песчаниках, подстилаемых
мергелями датского яруса. Эти дваводонос-
? ных горизонта являются главным
источником питания речек района.
Выходы мелового водоносного гори-
о
іо
Ьй
« источником питания речек района.
X
Оі
§| з зонта располагаются на тех сторо-
^П пах куполов, которые обращены к
**! 1 водоразделу Общего Сырта, т. е.
§1 * на южном склоне Сырта — на се-
яо | верных сторонах куполов, а на се-
| 1 верном склоне, наоборот, — на юж-
I ных сторонах куполов.
О С
™ Источники появляются в тех
местах, где балки или долины, прой-
и*«^ дя некоторое расстояние от водораз-
g|3 дела, приближаются к ядру купола,
§|| отмеченному выходами нижнемело-
§° § вых и юрских пород. Выходы вод
л! | здесь, судя по соотношению направ-
?5^_ ления тока воды с уклоном водо-
^і'С носного слоя, имеют вид
восходяща. 3 щ11х источников, так как вода дви-
Я ? I жется по направлению- подъема
s?. I слоя. Места выходов источников
З^н обусловлены расположением
Облаем о J г
?к « сти питания водоносного горизонта,
«1 1 занимающего здесь площади вдоль
g*i §• водораздела Общего Сырта.
&^ 4 Количество источников и их де-
%1 э бит на южном склоне Общего Сыр-
о
а» и
81 ?¦ та оказываются значительно боль-
§| 1 шими, чем на северном, что объяс-
gl * няется отмеченными выше неодина-
г" !
ковыми топографическими
условиями обоих склонов Сырта (асиммет-
сЗз ричным строением Сырта). Это раз-
к
о я личие сказывается также на густоте
си % речной сети. Определяя последнюю
| как отношение общей длины в но-
1)
гонных километрах речек и ручьев,
3 имеющих постоянное течение, к пло-
| щади района в квадратных кило-
J, метрах, мы найдем следующие вели-

чины для различных частей описываемой местности: северный склон
Общего Сырта — 0,07 км/км2] бассейн р. Чиж 2-й на южном
склоне — 0,12 км/км*\ бассейн р. Чиж 1-й тоже на южном
склоне — 0,14 км/км2.
Густота речной сети является одним из характерных
количественных показателей водоносности местности и может с пользой
применяться для характеристики гидрогеологических условий
местности, а также для гидрогеологического районирования. На той же
карте Общего Сырта мы видим как изменяется густота речной
сети в зависимости от характера гидрогеологических условий.
В области выходов коренных пород она колеблется в среднем
от 0,18 до 0,07 км/км2, а за пределами этой области среди сырто-
вых четвертичных отложений, а также на Каспийской равнине эта
величина равна нулю ввиду полного отсутствия более или менее
значительных выходов подземных вод и речек с постоянным течением.
В других местностях, с более влажным климатом и более
богатых водой, чем Общий Сырт, мы знаем, что густота речной сети
достигает величин 0,92 — 1,21 км/км2 (данные Шеффера).
§ 20. Обследование колодцев и буровых на воду скважин
Колодцы и буровые скважины наряду с источниками являются
также ценным фактическим материалом для познания подземных
вод местности. Изучение колодцев приобретает особенно важное
значение на равнинах и вообще в местностях, где отсутствуют
естественные выходы подземных вод. При производстве
гидрогеологический съемки зарегистрированные колодцы наносятся на
карту и описываются по следующей примерно программе:
3) местонахождение колодца,
2) рельеф места нахождения колодца и высотная отметка,
абсолютная и относительно ближайшей реки,
3) глубина до воды и столб воды в колодце,
4) пройденные породы,
5) название и геологический возраст используемого
водоносного горизонта,
6) качество воды на вкус и по данным химического анализа,
7) производительность колодца,
8) оборудование колодца, материал крепления его стенок,
диаметр, водоподъемные приспособления,
9) характеристика технического и санитарного состояния
колодца в момент обследования,
10) размеры и цель использования.
Из перечисленных вопросов надо отметить четвертый и пятый,
т.е. установление геологического разреза и водоносного горизонта.
Пройденные колодцем породы не всегда удается выяснить. При
отсутствии конкретных геологических данных в виде готового
разреза или в виде образцов пород и в случае невозможности
осмотреть лично разрез колодца для этой цели, приходится
удовлетворяться неполными отрывочными данными, получаемыми путем
опроса или путем осмотра отвалов у колодца. Во всех случаях
необходимо увязать описываемый колодец с соседними обнаже-
79

ниями, что нередко дает возможность выяснить используемый
водоносный горизонт.
Следует сказать также несколько слов об определении дебита
колодцев. В процессе гидрогеологической съемки для этой цели
можно применить откачку с последующим наблюдением за
повышением уровня воды в колодце. В случае невозможности
провести откачку приходится ограничиваться лишь опросными
сведениями о количестве воды, потребляемой из колодца в течении
суток. В некоторых случаях целесообразно огранизовать учет
отбираемой из колодца воды в течение суток вместе с наблюдением за
уровнем воды. Исключительно важное значение для изучения
гидрогеологии района имеют буровые скважины и в особенности
скважины на воду или артезианские колодцы. Скважины
доставляют нам геологический разрез толаі горных пород на глубину
десятков и сотен метров, они дают сведения о положении
водоносных горизонтов, о качестве и количестве подземных вод.
Буровые скважины являются основным материалом для суждения об
артезианских и вообще глубоких водоносных горизонтах района,
которые не выходят поблизости на поверхность. Сведения о
буровых скважинах при производстве гидрогеологических
исследований собираются с исчерпывающей полнотой. Обычно после бурения
скважьн составляется буровой журнал с анализом воды. Иногда
на месте сохраняются даже образцы пройденных пород, которые
следует просмотреть и подробно описать, увязав полученный
разрез с полевыми наблюдениями и с разрезами других скважин.
Помимо этих сведений, необходимо охарактеризовать современное
состояние скважин, ее оборудование, степень и цели
использования. Все эти сведения можно для удобства излагать в
специальных бланках и каталогах буровых на воду скважин (табл-. 7).
Зарегистрированные скважины наносятся на карту особыми
знаками, отмечающими пройденные породы и качество воды
вскрытых скважиной водоносных горизонтов и т. п.
§ 21. Описание рек, озер и других поверхностных водоемов.
Наблюдение за поверхностным стоком
Поверхностные воды в процессе гидрогеологической съемки
должны быть изучены не менее внимательно, чем и выходы
подземных вод, так как поверхностные воды могут служить
источником водоснабжения наряду с подземными. Перед гидрогеологом
может возникнуть вопрос о сравнительной оценке тех и других
вод при выборке источника водоснабжения; кроме того, реки и
ручьи, имеющие местное питание, имеют значение как проявления
водоносности, отражающие в той или иной мере
гидрогеологические условия местности. В этом отношении приобретают
интерес небольшие речки, получающие начало в пределах исследуемого
района. В процессе гидрогеологической съемки такие речки
описываются шаг за шагом с замером их расхода и определением
состава воды с помощью полевых анализов и анализирования проб
в лаборатории. На протяжении реки и ее притоков регистрируются
выходы подземных вод, питающих реку. Очень важно отмечать и
8U

Таблица 7
Сведения о буровых на воду скважинах
Первая страница
№ Район Бассейн реки
- № „
Область
Гор/сел
Подробное указание местонахождения-
1. Глубина скважины
2. Абс. высота места заложения или другие
высотные данные
3. Количество пройденных водоносных горизонтов
4. Глубина залегания каждого водоносного
горизонта от поверхности
5. Абс. высота каждого из них
-
6. Из каких горизонтов и скольких пластов
извлекается вода
7. Геологический возраст водоносных пластов
8, Петрографический характер пород, слагающих
водоносные пласты
9. Кем собраны образцы и где хранятся
10. Геолог, производивший определение
геологического возраста пород
11. Глубина постоянного уровня воды в колодце
* от поверхности земли
12. Абс. высота уровня воды
13. Продолжительность пробной откачки
14. Производительность колодца в ведрах при проб- в день в час.
ной откачке с указанием понижения уровня
воды
в сутки.
15. Замечено ли повышение постоянного уровня
воды после прочистки скважины пробной
откачкой
16. Изменение уровня воды и зависимость его от
времени года, засухи, паводков и иных условий
17. Изменение производительности колодца^ с
указанием причины
6 Кайенский
81

Вторая страница
Геолог, возраст
пройденных пород
К»
Название
пройденных пород
Мощность
пластов
в метрах
Глубина
залегания
подошвы
пластов
в метрах
Уровень
воды
пройденных
водоносных
горизонтов
82

Третья страница
Геология, возраст
пройденных пород
№
Название
пройденных пород'
Мощность
пластов
в метрах
Глубина
залегания
подошвы
пластов
в метрах
Уровень
воды
пройденных
водоносных
горизонтов
83

Четвертая
18. Количество добываемой воды в час или сутки
19. Интенсивность работы колодца (непрерывно,
число часов в день и т. д.)
20. Имеются ли поблизости другие трубчатые
колодцы, приблизительное до них расстояние и
наблюдается ли влияние их работы на уровень
воды и производительность данного колодца
, 21. Причины неиспользования закрытых трубами
горизонтов
22. Способы изоляции скважины от верхних вод и і
других горизонтов
23. Качество и температура воды каждого из
пройденных горизонтов
24. Замеченное изменение качества воды с тече- |
нием времени с указанием причин |
25. Конструкция колодца: диаметры и длина труб
каждого диаметра; глубина облицовки;
облицовка водоносного пласта фильтрами
сверлеными трубами, их диаметр и длина

диаметр
длина
глубина облп-
цояки
ОТ ДО
—
26. Система оборудования колодцч: насос
приводный, паровой, ручной, присасывающий,
артезианский и т. п.; внутренний диаметр, ход поршня,
число ходов. При фонтанировании — описание
соответствующих приспособлений
27. Устройство и размеры шахты, водокачки;
имеются ли водоочистительные приспособления и т. д.
28. Система бурения: ударное, вращательное, с
промывкой, машинное и т. д.
29. Особые свойства пород, влияющие на ход
работы и конструкцию скважины: встреченные
поглощающие сухие породы, трещины, пустоты,
плывуны и т. д.
30. Когда и кем сооружен колодец
Н.ічат
Окончен
—дня года
.—дня года
31. Стоимость сооружения —
скважины
оборудования
32. Действует ли колодец в настоящее время
33. Откуда заимствованы сведения
34. Перечень приложений к листу, как то:
заключение геолога, заключение химика, буровой
журнал, разрез скважины, профиль местности и т. д.
Примечание
84
Подпись

случаи исчезновения рек в карсте, в аллювиальных песках,
галечниках и других поглощающих воду породах.
Вместе с описанием рек описывается строение речных долин,
их берегов, аллювиальных террас и т. п.
Реки, ручьи и озера наносятся на карту, при этом нередко
нанесение гидрографической сети на топографическую основу
сделано неудовлетворительно, так как часто на последней мы не
находим многих существующих речек, а в других случаях находим
на карте речки там, где их в действительности нет и где мы имеем
лишь сухие русла, несущие воды лишь в паводки. В степных
засушливых районах вместо постоянного непрерывного течения рек
мы встречаем в летнее время лишь отдельные плёсы, с
перемежающимися участками сухого русла, что тоже является
характерном фактом для водоносности местности.
Постоянно текущие реки и ручьи, нанесенные на карту, дают
наглядное представление об общей водоносности района, и, как
уже отмечалось выше, иногда четко отмечают различия
водоносности в зависимости от изменения гидрогеологических условий
местности. В этих случаях полезно бывает подсчитывать коэфи-
диент густоты гидрографической сети.
§ 22. Гидрогеологические карты и гидрогеологическое
районирование
Гидрогеологическая съемка, как и всякая геологическая
съегсгк&',"в' "качестве основного" способа графического отображения
полученных в результате съемки данных и обобщений о
подземных водах района имеет геологическую, гидрогеологическую и
другие карты. Прежде чем перейти к рассмотрению собственно
гидрогеологических карт надо сказать несколько слов о других
картах.
При детальных гидрогеологических работах правильней
говорить не об одной-двух картах, а о комплексе карт, в числе которых
в общем случае могут оказаться необходимыми для наиболее
полного картографического выражения различных,
естественно-исторических данных и следующие карты: 1) топографическая, 2)
гипсометрическая, 3) климатическая, 4) геологическая, 5) литологи-
ческая, 6) геоморфологическая, 7) тектоническая, 8) структурная,
9) физико-геологических явлений, 10) почвенная, 11)
гидрогеологическая и др.
Большинство из перечисленных карт более или менее
стандартизировано, как например, гипсометрическая, геологическая,
почвенная, и не требует особых объяснений в отношении содержания
и методов составления. Нельзя этого сказать по отношению к
гидрогеологической карте, понятие о которой до сих пор еще не вполне
четко сложилось и для которой никаких стандартов до сих пор
не установлено.
В настоящее время мы встречаемся в практике с очень большим
разнообразием типов гидрогеологических карт, которые видоизме-
85

няются и в зависимости от их назначения и в зависимости от
местных условий, весьма разнообразных на территории нашего
Союза.
Среди существующего разнообразия типов гидрогеологических
карт мы должны выделить карту, которую в гидрогеологической
съемке можно считать основной и обязательной: это
геологическая карта, на которой наносятся все проявления водоносности:
источники, ручьи, реки, озера, колодцы, пруды и т. п. Указанные
выходы подземных вод, в особенности источники, колодцы и
скважины, должны быть нанесены особыми знаками, отображающими
геологический возраст водоносного горизонта и, по возможности,
качество и количество воды, т. е. химический тип и дебит. Очень
важно также нанесение живых русел, т. е. постоянно текучих рек
и ручьев, распределение которых, как мы видели выше (§ 21),
тоже представляет собой отображение условий водоносности
территории. При этом необходимо особенно тщательно картировать
первое появление речек, а также их исчезновение в случае
поглощения их карстами, трещиноватыми и песчаными наносами и т. п.
Очень важно и при картировании речных вод отмечать их
количественные показатели в виде, например, цифр меженнего дебита
в пунктах замера с приведением даты вамера, или в виде толщины
и характера линий, изображающих различные градации расходов
воды.
Для источников в качестве условного обозначения их дебита,
помимо цифр дебита или вместо цифр, можно применять также
различные знаки, например, различного размера кружочки для
нескольких градаций дебита: менее 1 лісек, от 1—5 лісек от
5—10 л/сек, более 10 лісек.
Очень важно особым знаком обозначать восходящие
источники, питающиеся артезианскими водами.
Карта с нанесением всех рассмотренных сейчас проявлений
водоносности и необходимых геологических данных в виде
обозначения водоносных горизонтов, питающих источники и вскрытых
скважинами и колодцами, называется картой водоносности,
являющейся одним из видов гидрогеологических карт. Карта эта
может быть совмещена с геологической картой, что является
наилучшим решением вопроса. Такая карта даст очень цельное и
конкретное представление о водоносности местности и даст наиболее
совершенную увязку проіявлений водоносности с геологической
структурой и геоморфологией.
При умении читать такую комплексную карту и при наличии
гидрогеологических разрезов по характерным направлениям из
карты водоносности можно извлечь все, что вообще может
дать картографическое изображение гидрогеологии местности.
Геологическая карта в сочетании с картой водоносности даст
ясное представление о грунтовых водах и о выходах водоносных
горизонтов. Та же комплексная карта в сочетании с нанесенными
на ней буровыми скважинами и с гидрогеологическими разрезами
даст отчетливое представление о более глубоких водоносных гори-
86

зонтах и в числе них артезианских, поскольку последние
выясняются из геологической структуры, представленной геологической
картой и разрезами, и из нанесенных на карте скважин и
восходящих источников.
С^' г —-з ф* О*' ®s
Рис. 23> Карта артезианских вод части Днепровско-Донецкой впадины.
і —горизонтали поверхности земли через 50 м; .2—изолинии кровли бучакского артезианского
горизонта через Юм; 3— изопьезы бучакского водоносного горизонта; 4—скважины самоизливагощиеол,
получающие йоды из бучакского артезианского горизонта; 5—скважины не самоизливающиеся,
получающие воду из бучакского горизонта; б— скважины, достигшие меловых отложений.
Ценным дополнением для изображения на карте артизианских
вод является нанесение изолиний кровли артезианского
водоносного пласта (рис. 23) и изопьез. Система первых линий при
сопоставлении с горизонтами поверхности земли дает глубину зале-
87

гания артезианского водоносного пласта, а изопьезы определяют
положение напорного уровня воды, места возможного самоизлива
или глубину уровня воды от поверхности.
Разумеется, .карту водоносности в описанном виде
целесообразно составить~при относительно" крупном масштабе, не мельче
1 : 200 000, т. е. в таком масштабе, который позволяет показать на
карте достаточное количество основных гидрогеологических
данных (проявлений водоносности). На карте мелкого масштаба и при
сложном гидрогеологическом строении местности водоносность
получила бы слишком схематическое выражение. Лишь гіри
простом гидрогеологическом строении можно было бы допустить
масштаб 1 : 500 000.
Для случаев сложного строения следует карту водоносности
составлять отдельно от геологической, нанося на ней лишь
основные геологические границы и тектонические линии. В некоторых
случаях удобно вычерчивать карту водоносности на прозрачной
бумаге, накладываемой на геологическую карту. При таком
раздельном изображении карт водоносности и геологической
возможно применить описанный способ картографического
изображения гидрогеологических условий и для обзорных карт не очень
мелкого масштаба — 1 : 200 000 и 1 : 500 000.
Наиболее же применим описанный тип карты водоносности для
масштабов съемки начиная с 1 : 100 000 и крупнее для конкретных
практических целей и разведок подземных вод.
Надо отметить при этом некоторые требования к геологической
карте, которая должна составлять единый комплекс с картой
водоносности. Во-первых, на геологической карте должны быть
достаточно полно представлены те отложения, которые заключают
в себе водоносные горизонты. Например, в случае наличия
водоносных горизонтов в четвертичных отложениях последние должны
быть- нанесены наравне с коренными породами, а не быть
снятыми, как это обычно принято при составлении геологических карт
коренных пород. Снятие четвертичных отложений возможно
допустить лишь при их незначительной мощности и при отсутствии
в них более или менее существенных водоносных горизонтов,
например, делювий, покровные суглинки. '
В случае значительной мощности четвертичных отложений и
наличия в них водоносных горизонтов они должны быть показаны
на геологической карте или же, в случае необходимости,
изображены на отдельной карте четвертичных отложений. Тогда, кроме
того, еще составляется геологическая карта коренных пород,
которая в этом случае служит для суждения о глубоких водоносных
горизонтах-
Другим требованием к геологической карте со стороны
гидрогеологии является важность отображения литологии. Для целей
гидрогеологии желательно иметь не просто геологическую карту,
на которой нанесены лишь возрастные стратиграфические
подразделения, но и карту геолого-литологическую, на которой выделены
наряду со стратиграфическими подразделениями по возможности и
88

литологические разности, или по крайней мере в легенде развита
литологическая характеристика пород.
Наконец, для более конкретного суждения об условиях
залегания артезианских пластов и вообще водоносных горизонтов на
карте должна быть более конкретно отражена геологическая
структура — в виде, например, изолиний, выражающих
какой-нибудь маркирующий горизонт или кровлю артезианского
водоносного горизонта.
Мы здесь не будем рассматривать карт обзорных мелкого
масштаба, начиная с 1 : 500 000 и менее, составляемых для крупных
регионов, крупных артезианских бассейнов, областей, республик
и для всей территории СССР. С этими картами мы конкретно
ознакомимся в региональной гидрогеологии при изучении подземных
вод СССР. Не будем сейчас останавливаться и на
гидрогеологических картах специального назначения, составляемых при
разрешении специальных задач: для изучения источников
водоснабжения (например карты ресурсов подземных вод), для
гидротехнического строительства (карты зон подтопления), для осушения и
ирригации (карты глубин грунтовых вод, карты гидрохимические
и проч.), для горного дела (карты обводненности подземных
выработок) и т. п. Составление обобщающих или синтезирующих
карт необходимо в тех случаях, когда карта водоносности в
комплексе с геологической картой в случаях сложного строения не дает
достаточно полной обобщающей картины гидрогеологических
условий. Для этой цели в настоящее время еще не выработана
более или менее стандартная форма карты, и, повидимому пока
нецелесообразно во что бы то ни стало иметь
стандартизированный тип карты, так как гидрогеологические условия на
территории нашего Союза чрезвычайно разнообразны. В качестве
стандарта на сегодняшний день можно выделить лишь
описанную выше комплексную карту водоносности и геологическую
или комплекс двух карт.
Дальнейшее развитие картографического изображения
гидрогеологических условий может итти различными путями:
1. Прежде всего путем усложнения карты водоносности и
дополнения ее указанными выше изолиниями, выражающими
геоструктурные формы и глубину залегания водоносных пластов,
гидроизогипсы и изопьезы, дающие глубину грунтовых вод и
высоту напора артезианских вод.
2. Путем создания обобщающих гидрогеологических карт
в виде, например, карты распространения водоносных горизонтов
или карт, выражающих характеристику водоносности
распространенных в районе литологических комплексов или
стратиграфических горизонтов.
3. Путем гидрогеологического районирования.
Из отмеченных путей усовершенствования гидрогеологического
картирования первый путь ясен из предыдущего изложения, и
здесь мы можем отметить еще раз значение хорошо
разработанной карты водоносности и хорошо увязанной с геологической кар-
89

той как основного" способа картографического изображения
гидрогеологических условий местности.
Второй путь еще не привел к удачным решениям задачи, так
как упомянутые выше карты распространения водоносных
горизонтов и карты с характеристикой водоносности
стратиграфических и литологических комплексов во многих случаях оказываются
лишь несколько видоизмененными геологическими картами, и для
понимания гидрогеологии местности не дают чего-либо большего
по сравнению с геологическими картами, соединенными с картами
водоносности, а нередко даже дают искаженную картину
гидрогеологии и явно уступают карте водоносности в отношении
отображения на карте фактических гидрогеологических данных.
Третий путь, оснований на гидрогеологическом районировании,,
может дать очень много в направлении обобщения и синтеза
познаний по гидрогеологии изученной территории. В настоящее
время еще общепринятого метода районирования не выработано.
Поэтому мы остановимся на некоторых принципах, которые могут
быть положены в основу гидрогеологического районирования
в различных условиях.
- Понятие об элементарном гидрогеологическом районе,
применяемое при более или менее детальных исследованиях складывается
из комплекса признаков, определяющих гидрогеологические
условия местности, а именно: 1) распределение водоносных пластов
в толще горных пород, слагающих местность; 2) "положение
водоносных горизонтов по высоте и поі отношению к элементам
рельефа (долинам рек, водораздельным массивам); 3) глубина их
залегания; 4) расположение выходов подземных вод на поверхность,
5) свойства водоносных горизонтов в отношении химического
состава вод и производительности.
Первичными факторами, определяющими перечисленные выше
признаки, являются геологическая структура, состав пород, рельеф
и климат. Изменение этих факторов на территории порождает и
изменения гидрогеологических условий.
При определенном значении тех же факторов мы будем иметь
соответствующее определенное выражение гидрогеологических
условий.
В типичном проявлении получающийся в каждом случае
комплекс признаков составит основную единицу детального
гидрогеологического районирования.
В качестве примеров приведем некоторые типы
гидрогеологических условий, характерных для платформенных областей.
1. Мощное развитие глинистых пород, слагающих междуречные массивы,
с водоносным горизонтом, заключенным в песчаных слоях на водоразделе и с
характерным распределением грунтовых вод в делювиальных отложениях по
склонам и в аллювиальных отложениях долин.
2. Мощное развитие песчаных водопроницаемых пород, слагающих
междуречные массивы от уровня долин до водораздела, с одним водоносным
горизонтом внизу на уровне рек и с глубоким залеганием грунтовых вод на
водоразделах.
3. Мощные массивы закарстованных пород (известняков, доломитов),
дренированные глубокими речными долинами.
90

4. Комплекс ледниковых пород с одной мореной и подморенными и надмо-
ренными водоносными горизонтами в песчаных флювиогляциальных отложениях
с двумя моренами и теми же водоносными горизонтами плюс межморенный
горизонт.
5. Степные равнины (юго-восток Европейской части СССР и Средняя Азия)
с неглубоким залеганием грунтовых вод пестрого состава, со сложным распре
делением пресных и засоленных вод, по генезису связанных с континентальным
засолением.
Для гидрогеологического районирования более широких
территорий с учетом тектонических нарушений, создающих
неоднородность территории в гидрогеологическом отношении, в качестве
основных единиц гидрогеологического районирования можно
принять несущие воду структуры в том понимании, которое изложено
было ранее в главе II. Отдельные структуры представляют собой,
в большинстве случаев относительно однородные по
гидрогеологическим условиям районы; иногда это четко выраженные
артезианские бассейны или бассейны и потоки грунтовых вод. Крупные
геоструктуры могут быть расчленены на четко выраженные
подрайоны: например, в некоторых артезианских бассейнах можно
выделить области питания, области напорного артезианского
потока, области стока или дренирования артезианских бассейнов с
выходом мощных восходящих источников. Области артезианского
напора можно подразделить на участки самоизливак/щихся и неса-
моизливающихся вод. В бессточных или непромытых еще
артезианских бассейнах погребенных морских вод можно выделить
краевые зоны с опресненными и минеральными водами средней
концентрации и области высокоминерализованных первичных вод.
Примеры простого, но довольно наглядного
гидрогеологического районирования на основе выделения геологических структур
(тектонических и геоморфологических) мы находим на уже
рассмотренной территории южной части Общего Сырта.
На этой территории (изображенной на рис. 21) выделяется
четыре крупных района:
1. Территория собственно Общего Сырта, представляющая
собой возвышенное плато с максимальной отметкой до 200 jw,
сложенное коренными мезозойскими и нижнетретичными
отложениями, характеризующееся присутствием мощных водоносных
горизонтов в мелу сенона и опоках сызранского яруса палеогена,
дающих выходы обильных источников пресной воды.
2. Территория сыртовой области, лежащая к северу и северо-
западу от Общего Сырта с высотными отметками 80—100 jw,
сложенная сыртовыми глинами, подстилаемыми на глубине
плиоценовыми песчано-глинистыми осадками и различными коренными
породами. Территория эта почти лишена грунтовых вод и выходов
подземных вод в виде источников. Грунтовые воды встречаются
в аллювиальных отложениях долин, балок, не имеющих
постоянных водотоков. Местами обнаружены напорные воды в акчагыле.
Главным источником водоснабжения являются пруды и колодцы
около прудов, питающиеся инфильтрационной прудовой водой.
Лишь местами (ее. Малаховка и Ивановка) имеются артезиан-
9fc

ские скважины. Грунтовые воды здесь имеют повышенную
минерализацию.
3. Территория, сходная с предыдущим районом, занимающая
полосу предсыртового «уступа» шириной 80—90 км вдоль южного
подножья Общего Сырта и сложенная сыртовыми глинами,
главным образом делювиального происхождения, подстилаемыми на
глубине 15—20 м плиоценовыми песками. Грунтовые воды
приурочены к плиоценовым пескам и залегают довольно глубоко, не
менее 15 м9 за исключением речных долин с неглубокими водами,
в аллювиальных отложениях. Воды по качеству обладают
повышенной минерализацией (хлора свыше 200 мгіл).
4. Территория Каспийской равнины, расположенная к югу,
сложенная каспийскими (хвалынскими и хазарскими) песчано-глини-
стыми отложениями с неглубокими грунтовыми водами (2—5 м),
относящимися к типу вод континентального засоления, с
отдельными участками пресных инфильтрационных вод. Родники
отсутствуют; реки постоянного течения не имеют.
Главная территория Общего Сырта собственно может быть по
геоструктурным признакам подразделена на районы второго
порядка:
а) Районы купольных и брахиантиклинальных поднятий,
сложенные преимущественно глинистыми юрскими и нижнемеловыми
породами, обладающими слабыми водоносными горизонтами в
прослоях битуминозных сланцев, мергелей нижневолжского яруса и
песчаников нижнего мела, отличающихся преимущественно
повышенной минерализацией за счет сульфатов.
б) Район межкупольных синклинальных понижений, сложенных
третичными песчаными породами с пресными подземными водами
хорошего качества, выходящими местами в виде источников, и с
артезианскими водами в толще мела сенона и опок палеогена-
в) Участки склонов поднятий, сложенные выходящими на
поверхность толщами трещиноватых белых мелоподобных мергелей
и мела сантона-маастрихта и опоками сызранского яруса,
являющиеся областями разгрузки напорных вод, заключенных в
артезианских бассейнах межкупольных пространств.
Эти участки отмечаются выходами мощных источников
пресной воды отличного питьевого качества и являются наиболее
обводненными местами. К ним приурочены почти все населенные
пункты Общего Сырта. В этих участках берут начало все речки,
как на южном, так и на северном склонах последнего. Как уже
отмечалось ниже, мы можем различить здесь участки северного и
южного склонов Общего Сырта, обладающие различной
обводненностью, проявляющейся различной густотой гидрографической
сети; на северном склоне в бассейне р. Чалыклы коэфициент
густоты гидрографической сети 0,07, на южном склоне в бассейне
р. Чиж 2-й — 0,14, что обусловливается различной глубиной врезки
эрозионной сети — менее глубокой на северном склоне и более
глубокой на южном. Различное положение рассмотренных
участков разгрузки по краевым зонам (крыльям) поднятий, как следует
92

из сказанного, служит для выделения и индивидуальной
характеристики этих участков.
Принцип гидрогеологического райони|юваніщ^
ным единицам очень подходит к обзорному,, районированию*1Гддь^
іпйх территорий и к составдайМЙ обзорных гидрогеологические
карт. Такой йрйнцип в основных чертах применен был А. Н. Семи-
Рис. 24. Карта—схема основных районов пресных питьевых вод
Европейской части СССР (по А. Н, Семихатові^).
]—Мурманско-Карельский район; 2—район кембрийских и силурийских вод;
3—район депонских вод Главного поля; 4—район девонских иод Центрально-
русского поля; 5—Подмосковный каменноугольный артезианский бассейн; 6—
район пермских вод; 7—Дмепровско-Донецкая впадина; 8—Украинский
кристаллический массив; 9— Волжско-Допской район; 10— Причерноморская впадина; Л—
район Донецкого бассейна; 12— Предкавказский район; 13— Ёргенинский район;
14—Сыртовский район; 15— Прикаспийская низменность; іб—Эмбенский район;
17— ТиманскиЙ район; 18—Печорский район; 19—Уральский район;
20—Кавказский район.
93

хатовым для районирования территории Европейской части СССР
в отношении распределения артезианских вод (рис. 24), для
которых он выделил ряд бассейнов, приуроченных к впадинам и
другим структурам Русской платформы: кембро-силурийский
артезианский бассейн, Московский каменноугольный артезианский
бассейн, Ульяновско-Саратовский третичный артезианский бассейн,
артезианский бассейн Северо-Украинской (Днепровско-Донецкой)
мульды, артезианский бассейн Причерноморской впадины и т. п.
Тот же принцип применил для гидрогеологического
районирования всей территории СССР М. М. Васильевский.
Он принял за основу подразделения на гидрогеологические
районы следующие геоструктурные единицы: впадины и поднятия
на платформах и складчатые геосинклинальные области. Впадины
он поименовал как гидрогеологические бассейны, поднятия на
платформах — как гидрогеологические провинции, складчатые
горные сооружения — горно-складчатые гидрогеологические- области.
На территории СССР Васильевский выделил 67 таких районов.
В пределах крупных районов он выделил еще ряд подрайонов
в виде, например, гидрогеологических бассейнов второго порядка.
В заключение надо отметить, что гидрогеологическое
районирование на основе анализа и оценки водоносности геологических
структур, имея в виду выделенные нами ранее типы
геотектонических и геоморфологических структур, может быть очень
плодотворным и практически полезным, если задаться целью выявлять
полнее гидрогеологические признаки геоструктур и особенно водо-
о5йльные структуры или структуры, богатые ценными типами ми-
еральных вод, выделяемые как водные месторождения народно-
озяйственного значения.

Глава IV
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ НА ВОДУ
И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ РАЗВЕДКИ ДЛЯ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ
§ 23. Основные методические вопросы в деле постановки
бурения на воду
Гидрогеологические съемки в деле изучения подземных вод
имеют ведущее значение в.первоначальной стадии поисков
подземных вод. С переходом на дальнейшие стадии исследования
первостепенное значение приобретают разведочные работы, среди
которых для подземных вод особенное значение имеет бурение. Бурение
скважин является основным техническим средством разведки
подземных вод, оно же является основным средством их эксплоатации.
Поэтому бурение в деле поисков и разведок подземных вод
представляет собой одну из важнейших геолого-разведочных операций.
Не касаясь техники бурения, сведения о которой мы найдем
в соответствующей литературе по буровому делу, мы здесь
остановимся на следующих вопросах:
1) на вопросе q применимости тех или иных способов бурения
к разведке подземных вод,
2) на методике гидрогеологической документации при бурении,
3) на опробовании водоносных пластов,
4) на организации бурения скважин на воду.
В данной главе мы еще не касаемся вопросов организации
комплексных поисково-разведочных работ, которым будут
посвящены последующие специальные главы.
§ 24. О применимости различных способов бурения к разведке
подземных вод
В деле, разведки на воду очень важно оценить применимость
того или иного способа бурения.
В случае малой изученности напластования и водоносности
пород необходимо применять способы бурения, позволяющие надле-
<)5

жащим образом поставить геологическую и гидрогеологическую
документации, как, например, ударно-вращательный способ без
промывки, колонковое бурение.
Надо при этом отметить, что колонковое бурение вполне
обеспечивает точное исследование пород и регистрацию водоносных
горизонтов, но іне дает возможности поставить надлежащим
образом опробование водоносных горизонтов откачкой по причине
ограниченных размеров диаметра колонковых скважин.
При бурении глубоких скважин ударно-вращательное бурение
без промывки мало применимо в виду недостаточной скорости
проходки при таком способе бурения. Поэтому при бурении глубоких
скважин приходится применять более эффективные способы
проходки: бурение с промывкой забоя и быстровращательное бурение
(роторное) с глинистым раствором. Из них для разведочных
скважин более применим первый способ.
Бурение же с глинистым раствором следует применить лишь
для- проходки эксплоатационных скважин, когда глубина и
свойства водоносного горизонта точно известны и исследование слоев.
лежащих выше, не требуется. Бурение с глинистым раствором
может быть допущено для разведочных скважин лишь в
исключительных случаях.
Применение глинистого раствора, заполняющего скважину,
мешает наблюдению за проходимыми породами и водоносными
горизонтами и требует постановки особых приемов исследования
скважин, как, например, кароттаж. При опробовании водоносных
горизонтов в этом случае необходима тщательная очистка скважины
от глинистого раствора с достаточно длительной прокачкой.
§ 25. Гидрогеологические наблюдения и документации при
разведочном бурении
При производстве разведочного бурения для
гидрогеологических целей ставятся следующие задачи:
1. Изучение геологического разреза. Определение
стратиграфического положения водоносных горизонтов, их мощности и
глубины залегания.
2. Определение уровня воды: свободного — для грунтовых вод
или пьезометрического —¦ для напорных вод.
3. Опробование откачкой производительности или дебита
водоносного пласта.
4. Опробование качества воды.
Остановимся вначале на первых двух вопросах.
В целом для их правильного освещения требуются
систематические наблюдения за проходимыми бурением породами, отбор
образцов пород, наблюдение за водой.
Геологическая документация при разведочном бурении на воду
дшцкна быть обеспечена как в отношении своевременного отбора
образцов, так и скорейшей обработки литологического и
палеонтологического материала, на основании которого составляется гео-
96

логический разрез и определяется стратиграфическое положение
водоносных горизонтов.
При бурении с промывкой и с глинистым раствором следует для
отбора образцов из горизонтов, требующих более тщательного
исследования, применять грунтоносы.
Необходимо отметить особую важность тщательной
геологической документации при бурении в мало исследованных пластах,
так как от точности определения стратиграфии разведочных
пластов будет зависеть правильность постановки бурения
последующих разведочных и эксплоатационных скважин. Результаты
глубокого бурения представляют в мало исследованных областях
выдающуюся научную ценность для познания их геологического
строения и подземных вод; в дальнейшем данные глубокой
разведки должны подвергаться серьезной научной обработке.
Рассмотрим наблюдения за проявлениями водоносности при
бурении.
Прежде всего должно быть точно установлено первое
появление воды. После первого появления начинаются систематические
наблюдения за водой в буровой скважине: замеры уровня воды,
определение температуры, полевое опробование ее химического
состава, взятие проб для лабораторных анализов, измерение
дебита воды при самоизливе, периодические откачки или налив для
определения производительности водоносных слоев и т. п.
Изменения уровня воды являются основным первым признаком, по
которому можно судить о появлении новых водоносных слоев, о
закрытии их. Поэтому наблюдения за уровнем воды должны вестись
непрерывно, поскольку позволяют работы по бурению скважины.
Замеры уровня воды в скважине производятся во время каждого
перерыва в бурении, при этом обязательно замеряется уровень
воды после окончания работ и в продолжении (в середине)
перерыва. Эти замеры позволяют обычно довольно точно выяснить
действительное положение уровня воды, отвечающее
естественному статическому уровню воды данного водоносного горизонта. Во
время же производства буровых работ обыкновенно уровень воды
в скважине бывает несколько нарушен, даже если бурение
ведется без промывки. Бурение же с промывкой, связанное с
искусственным введением в скважину больших количеств воды,
разумеется, затрудняет правильные наблюдения за подземной водой.
Еще более затруднены или совсем невозможны эти
наблюдения при бурении с глинистым раствором.
Однако известен ряд удачно выполненных этим способом
скважин без заметных отрицательных последствий для водообильности
скважин, и в настоящее время бурение с глинистым раствором, как
наиболее быстрое и выгодное, начинает все более проникать в
гидрогеологическую практику. Поэтому на очереди стоит задача о
выработке методики гидрогеологических наблюдений при данном
способе бурения
Данные замера уровня воды в скважинах следует наносить на
график, на котором одновременно также наносятся глубины сква-
7 Каменский
97

жин и глубины крепления обсадными трубами. На том же графике
рядом изображается геологический* разрез скважины. На графике
бурения уровни воды и глубины скважины имеют общую шкалу с
геологической колонкой и отлагаются по вертикали, а время — по
горизонтальной оси. Получаются две кривых — кривая глубин
скважин и кривая уровня, а иногда еще третья кривая — глубины
крепления обсадными трубами.
График помогает наглядно и во-время отметить ряд важных
моментов в процессе бурения: появление новых водоносных
горизонтов, перекрытие пройденных горизонтов, степень водоносности
проходимой толщи. В случае самоизлива строится график дебита
скважины, сопоставляемый с глубиной скважины.
Указанных замеров уровня воды в процессе бурения, однако,
бывает не всегда достаточно для точного установления
статического уровня. Для точного определения статического уровня
обязательны: установка фильтра, предварительная прокачка скважины и
некоторый срок наблюдений, необходимых для получения
установившегося уровня.
В случае достаточно хорошей водопроводимости и значительной
крупнозернистости пласта, а также в случае трещиноватого пласта
можно и без фильтра получить вполне точное положение
естественного статического уровня воды.
Неточности при определении уровня воды в буровых
скважинах при недостаточной изоляции водоносных пластов происходят
вследствие сообщения между пластами через затрубное
пространство, почти неизбежное при бурении одной колонной. В таких
случаях мы получим или повышенный против действительного или
пониженный уровень воды.
Для более или менее точного определения уровня воды и
вообще для правильного исследования отдельных водоносных пластов
необходимо применение тампонажа, а также крепление скважин
колоннами труб разного диаметра.
Для измерения уровня воды в скважинах применяются следующие приборы:
1) весок на шнуре, 2) «хлопушка», 3) штанговый измеритель с иглой,
4) свисток, 5) свисток с дисками Петенкофера, 6) электрический измеритель,
7) пневматический измеритель.
§ 26. Опробование дебита скважин откачкой
Опробование водоносных горизонтов производится откачкой
после вскрытия скважиной водоносного горизонта, намечаемого к
исследованию.
В случае песчаного водоносного пласта для пробной откачки в
скважину, как правило, устанавливается фильтр. В некоторых
случаях при разведке артезианских вод в песчаных пластах возможна
постановка откачки из бесфильтровых скважин, применение
которых иногда оказывается весьма целесообразным как для
разведочных, так и для эксплуатационных артезианских скважиь. Для
устройства бесфильтровых скважин в водоносных пластах,
сложенных рыхлыми песками, необходимо условие, чтобы водоне-
98

Проницаемая кровля имела достаточную мощность и была сложена
устойчивыми породами, что предохраняет образующуюся каверну
от обвалов пород сверху.
Для создания водоприемной каверны бесфильтровая скважина
Подвергается предварительной интенсивной прокачке,
сопровождающейся выносом песка. Вместо откачки может быть применена
«обратная промывка» забоя посредством нагнетания воды.
Откачка проводится при 3 — 4 разных понижениях
продолжительностью 1—2 сутки по достижении установившегося
динамического уровня.
Из скважины, сдаваемой в эксплоатацию, производится более
длительная опытная откачка при 3 — 4 понижениях уровня с
продолжительностью не менее 2 — 3 суток после достижения
установившегося уровня.
Совершенно обязательным является наблюдение при откачке
за понижением уровня воды. Результаты откачки при различных
понижениях используются для вывода зависимости дебита от
понижения и для составления уравнения кривой дебита, для которой
в общем виде принимается формула:
по которой можно вести расчет дебита при различных понижениях.
Полученные зависимости используются в дальнейшем для
характеристики производительности водоносного пласта.
Если в пределах зоны влияния испытуемой скважины есть
другие скважины, очень важно во время откачки поставить
наблюдение за уровнями воды в них, а если скважины эти
самоизливающиеся, то за их дебитом.
Если испытуемая скважина фонтанирует и имеет настолько
высокий напор, что ее статический уровень устанавливается на
высоте нескольких метров над поверхностью земли, то испытание
производительности ее производится самоизливом, причем с
помощью регулирующих приспособлений опыты проводятся тоже при
6 — 4 понижениях динамического уровня.
§ 27. Организация разведочного бурения на воду
Разведочно-буровые работы на воду по своему размеру и
характеру решаемых задач бывают различными. Здесь мы можем
указать следующие разновидности буровых гидрогеологических
разведок: мелкое зондировочное до 10 — 20 м бурение,
применяемое при производстве съемочных работ, б) массовое бурение
средней глубины до 100 м при детальных разведках грунтовых и
неглубоких напорных вод, в) глубокое бурение на артезианскую
воду до глубины нескольких сотен метров.
Неглубокое разведочное бурение, проводимое в процессе
гидрогеологической съемки или непосредственно за ней следующее,
предпринимается для более конкретного выяснения условий
залегания подземных вод и установления их количества и качества.
99

Это бурение вместе с другими, сопровождающими его работами*
приобретает форму поисков подземных вод. При изучении
грунтовых вод поисково-разведочные работы направлены на выявление
заслуживающих внимания мощных грунтовых потоков,
намечавшихся в результате общего гидрогеологического исследования
района. Заложение разведочных скважин в данном случае должно
базироваться на геологических и гидрогеологических данных,
полученных в процессе съемки.
При выборе мест для заложения разведочных скважин,
например, в случае мощного развития четвертичного комплекса
водоносных пород, большое внимание должно уделяться
геоморфологии. Геоморфологические признаки могут дать конкретные
указания на глубину и распределение потоков подземных вод в
междуречных массивах, во флювиогляциальных и древнеаллювиальных
образованиях, в предгорных шлейфах и т. п. При поисках вод в
массивах трещиноватых пород направление поисково-разведочных
работ должно подкрепляться изучением трещинной тектоники.
Буровые скважины в стадии съемки и поисков с технической
точки зрения должны отвечать следующим основным требованиям
в отношении проведения гидрогеологических наблюдений и
испытания водоносных пластов откачкой. Размер скважин при
разведке песчаных водоносных пластов должен быть достаточен для
установки фильтра диаметром 75— 100 мм.
При поисковом бурений на воду в плотных трещиноватых
породах диаметр скважин, предназначенных для опробования
производительности водоносных пластов, должен быть тоже не менее
75—100 мм. Другие же колонковые скважины, из которых не
предполагается проводить откачки, могут быть и меньшего диаметра.
Глубокое бурение на артезианскую воду при обычной
значительной глубине залегания водоносных артезианских горизонтов
даже при заложении одиночной скважины представляет собой
сложную техническую задачу, сопряженную с довольно
значительными материальными затратами. Поэтому организация работы по
бурению на артезианскую воду должна быть подготовлена со всей
тщательностью и полнотой.
Производству разведочного бурения на артезианскую воду
обычно должны предшествовать рассмотренные выше общие
гидрогеологические и геолого-съемочные работы, которые вместе с
имеющимися сведениями о буровых на воду скважинах района
должны составить базу для проектирования разведочных и разве-
дочно-эксплоатационных скважин.
До организации буровых работ должен быть составлен проект
бурения скважины или ряда скважин, включая в него как работу
по бурению, так и опробование дебита водоносных горизонтов
откачкой и анализы вод.
В проекте должны быть указаны основные размеры скважин:
глубина, начальный и конечный диаметры, длина и диаметры
колонн обсадных труб, рекомендуемый буровой станок, потребное
насосное оборудование для откачек, предполагаемое количество
100

откачек и их продолжительность, смета и производственный
календарный план работы.
В виду большой стоимости глубоких скважин на артезианскую
воду бурение их часто организуется так, что разведочные
скважины в случае их удачи превращаются в эксплоатационные. Для
этой цели оборудование скважины проектируется более солидным,
чем это требовалось бы только для разведки. Такого рода
скважины в отличие от простых разведочных носят название разведоч-
но-эксплоатационных.
Заложение последних, в виду их большой стоимости
сравнительно с разведочными, может быть допущено лишь при
достаточной уверенности в положительном результате бурения и,
следовательно, должно получить соответствующее гидрогеологическое
обоснование.
Разведочные скважины после окончания бурения и после
проведения пробных откачек и необходимых наблюдений
ликвидируются, причем все отверстие скважины по извлечении обсадных
труб тщательно тампонируется пластичной глиной, а иногда даже
цементом. Надо сказать, что вопросу тампонажа ликвидируемых
скважин не всегда уделяется должное внимание и это приводит
иногда к весьма отрицательным последствиям; к загрязнению
глубоких нлмггои благодаря проникновению сверху поверхностных вод,
к непроизводительной утечке воды из артезианских водоносных
пластин, к анлрпим, в случае если незатампонированная скважина
неожиданно окажется в строительном котловане или в горной
выработке, проводимой в расчете отсутствия связи с водоносными
напорными горизонтами, вскрытыми забытой разведочной скважиной.
Геологический разрез, данные откачек, технический чертеж и
анализы воды (химические и бактериологические) вместе с
заключением о количестве и качестве воды включаются в буровой
сводный журнал или в паспорт скважины, сдаваемой в эксплоатацию.
Для каждой скважины разведочной и эксплоатационной
должна быть определена абсолютная отметка устья, для чего
производится нивеллировка, увязывающая скважину с каким-либо
ближайшим репером. Кроме того, очень важно отметить высотное
положение скважины по отношению в ближайшей реке. Эти высот*
ные данные очень важны для использования геологических и
гидрогеологических материалов, полученных раззедочным бурением, в
частности для увязки скважины с естественными обнажениями и
выходами подземных вод, для увязки скважин между собой, для
составления гидрогеологических разрезов и карт.
§ 28. Применение геофизических методов к разведке
подземных вод
Геофизические методы, несомненно, должны использоваться в
числе других технических средств для разведок подземных вод.
Однако до сих пор в гидрогеологической практике применение их
остается довольно ограниченным и, повидимому, недооценивается.
101

Причиной этого отчасти является недостаточно ясное
представление об условиях применимости тех или иных геофизических
методов.
На последнем вопросе мы и остановимся здесь, не углубляясь
в рассмотрение самих методов и техники геофизических
исследований.
Из существующих методов геофизических исследований к иод-
земным водам наиболее применима электрическая разведка,
основанная на различии электрического сопротивления горных пород в
зависимости от их пористости, содержания воды и от
минерализации самой воды.
По природе электрического сопротивления горные породы
подразделяются на две группы. Одна группа, включающая
незначительную часть пород, к которым относятся сернистые соединения,
как, например, пирит, хилькопирит, галенит, обладает
металлической, или электронной проводимостью. Другая группа, к которой
относится преобладающее большинство пород, обладает
электролитической, или ионной электропроводностью, зависящей от
явления переноса электрических зарядов свободными ионами
растворов, насыщающих породу. Сами твердые частицы породы
практически являются изоляторами, и электропроводность пород в целом
обусловливается присутствием в породах воды, содержащей в
растворе соли (электролиты). Поэтому величина электропроводности
пород зависит главным образом от содержания воды в единице
объема породы, и от степени минерализации воды, насыщающей
породу.
Электрическое сопротивление пород по мере увеличения
насыщения их водными растворами солей уменьшается. Такая же
зависимость существует между сопротивлением и пористостью пород.
Например, плотные песчаники, известняки, изверженные и
метаморфические породы даже в условиях полного насыщения их
водой обладают высоким сопротивлением. Рыхлые и пористые
породы имеют невысокое сопротивление. Для иллюстрации
сказанного приведем несколько цифр величин удельного электрического
сопротивления, численное значение которого равно сопротивлению
объема породы поперечным сечением 1 м2 и длиной в 1 м,
выраженному в омах (табл. 8).
Т а 6 л|и ц а 8
Удельные электрические сопротивления
различных горных пород в ом м
(по В. Н. Д а хно в у)
Глины . . 1 — 50
Пески влажные 0,2 — 1 000
Сланцы 5 — 300
Песчаники 10 - 5000
Известняки 10 — 10000
Доломиты 100 — 10000
Метаморфические породы . 10 — 30000
• Изверженные породы .... 200 — 50000
Соль кристал.інч хк.-ін . , Свыше 1000000
10

Электрическое сопротивление пористых пород в широких
пределах изменяется в зависимости от степени насыщения пор водою.
Сопротивление ненасыщенных пород в десятки и сотни раз
превышает сопротивление пород при полном насыщении водным
раствором.
Химический состав вод оказывает очень большое влияние на
сопротивление. Сопротивление дестиллированной воды очень
велико — 2 500 000 ом - м.
Природные пресные воды, характеризующиеся содержанием
несколько десятков миллиграм NaCl на 1 л, имеют сопротивление
от 50 до 1000 ом-м. Более минерализованные воды имеют
значительно более низкое сопротивление, что иллюстрируется
приведенными в нижеследующей таблице удельными сопротивлениями
раствора NaCl различной концентрации.
Таблица 9
Удельное сопротивление воды при различном
содержании NaCl
Содержание NaCl
г/л
0 (дестиллироаанная зола)
0,000
ода
().()
(>,()
що
Мреснан иода
Удельное сопротивление
ОМ' М
2 500 000
930
94
9,8
1,09
0,135
150—1000
Отмеченные различия электрических свойств горных пород
позволяют отличать посредством измерения электропроводимости
насыщенные водой породы от ненасыщенных, породы пористые
водоносные — от плотных неводоносных пород, воды
минерализованные — от пресных.
Электрическая разведка для исследования водоносности пород
применяется в виде так называемых методов электрозондирования
и электропро'филирования.
Сущность этих методов электрической разведки заключается в
определении сопротивления исследуемых толщ пород. Для этого в
землю закладываются электроды Л и В, связанные батареей Р
(рис. 25).
Сопротивление определяется по формуле:
гДе Рк—так называемое кажущееся сопротивление, зависящее от
всего комплекса пород на участке данной установки,
выраженное в омм (2),
К— коэфициент, зависящий от размеров установки, от
расстояний между электродами
А V—разность потенциалов,
/—сила тока в питающей цепи.
103

Глубина толщи пород, охваченная исследованием, зависит от
разноса (расстояния) питающих электродов. Приблизительно эта
глубина принимается равной 3/а разноса электродов.
Электрозондирование дает возможность установить по резкому
снижению сопротивления глубину залегания какого-либо слоя с
высокой электропроводностью (рис. 26); таковым слоем, напри-
* 5 6 7 8 9 ЮП1213Н>15$17он/м
Рис. 25. Схема электрической
разведки. А и В — при различных
расстояниях между электродами.
Рис. 26. Кривая кажущихся
сопротивлений при
электрическом зондировании
мер, может быть водоносный горизонт с минерализованной водой.
В некоторых условиях электрозондирование может дать глубину
зеркала грунтовых вод, если выше лежащие ненасыщенные
породы резко отличаются по электрическому сопротивлению от водона-
сшцеиных. Например, сухие пески довольно резко отличаются в
этом отношении от песков, насыщенных грунтовой водой,
содержащей некоторое количество растворенных солей.
В другом случае, когда над зеркалом грунтовых вод лежат
суглинки, обладающие высокой молекулярной влагоемкостыо и
обычно высокой естественной влажностью, граница зоны насыщения и,
следовательно, положение зеркала грунтовых вод не будет
уловлено четко электрозондированием.
Метод электропрофилирования основан на определении
сопротивления земли в ряде пунктов исследуемой площади, при
одинаковом разносе питающих электродов. В результате получается ряд
значений сопротивления земляной призмы одной и той же
глубины, равной, как уже говорилось выше, приблизительно 3/з
расстояния между электродами.
Определенное при различных положениях системы кажущееся
сопротивление земли дает картину возможных горизонтальных
изменений свойств пород, их водоносности и минерализации воды.
Пример такого рода исследования мы находим в работе
Б. О. Урысон и Б. Д. Егорова [123], которые применили выше
названные методы для разведки минеральных вод ч районе
курорта Большие Соли Ивановской области.
104

В этом районе присутствуют следующие породы, начиная с
наиболее древних, захваченных электроразведкой:
1. Пестроцветная свита пермо-триаса, представленная
красными, светлозелеными и голубыми глинами и мергелями с прослоями
песчаников и конгломератов. Сопротивление ее 5 —7 Q ,
наименьшее из всех пород района.
2. Юрские глины мощностью 2—10 м; сопротивление их у
деревни Бориса и Глеба 9 ?.
3. Нижнемеловые и четвертичные пески, по электрическим
сопротивлениям не отделимы друг от друга. Сопротивление их
зависит от содержания воды и степени ее минерализации и
изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен ом- и.
4. Древнеаллювиальные отложения верхней и средней террас
с сопротивлением в несколько десятков ом • м, повышающимися
при наличии гравия до 80 ом-м.
5. Аллювиальные отложения пойменной террасы с
сопротивлением около 20 ом-м. Появление в этих отложениях минеральной
воды (в данном случае воды с содержанием хлора до 15 г/л)
уменьшает их сопротивление до 6 — 9 ом- м
Минеральные воды курорта Большие Соли имеют
минерализацию хлоридно-натриевого типа с сухим остатком до 27 г/л. Воды
эти выходят на правом берегу р. Солоницы и вскрыты были также
двумя скважинами глубиной 68 и 98 м. Обе скважины до
коренных пород не дошли, получив воду в четвертичных отложениях.
В. О. Урысон и Б. Д. Егоров обосновали постановку
электрической разведки у с. Большие Соли на двух моментах: 1)
уменьшение сопротивления аллювиальных отложений пойменной террасы
в два раза вследствие присутствия минеральной воды, и 2) малое
сопротивление пестроцветной свиты пермо-триаса.
Первый факт составил основу для электрической разведки
мест выходов минеральной воды. Второй послужил основанием для
определения глубины поверхности пермо-триасовых пород и
рельефа их поверхности методом электрозондирования.
Авторы поставили себе задачу оконтурить известные выходи
минеральных вод и поиски новых выходов, что приводило, с
геофизической точки зрения, к задаче «оконтуривания площадей»,
сопротивления которых меньше 10 ом-м.
Для этой дели была проведена электроразведка по методу
профильной съемки (электропрофилирование).
Вдоль двенадцати профилей было измерено сопротивление при
разносе питающих электродов АВ = 320 м, что давало в среднем
сопротивление земной призмы глубиной порядка 120 м.
Один из получающихся при этом электрических профилей
изображен на рис. 27, где отчетливо виден участок с сопротивлением
меньше 10 ом-м.
Построенные на основании электропрофильной съемки
изолинии равных сопротивлений показали замкнутый контур области
сопротивлений менее 10 ojh-jw, что должно отвечать области
выходов минеральных вод (рис. 28). В пределах этого контура на не-
105

большой глубине (менее 120 м) может быть получена
минеральная вода.
Рассмотренные методы электроразведки, основанные на иссле-
КриВые минерализации
мМ
/--"* Шо
32Ю
100
-¦ -" " зоа
кривые электроп{щ**д?й ... ^*&л
пю
Вода
29
гг
гз іі 9 г го
fhuHbi j ^ Плыдцны с сильно миие\
*» рализооанной Оо&ой
Рис. 27. Кривые минерализации воды из скважин и
электропрофилей (цифры, расположенные вдоль профиля, обозначают
номера станций)
довании сопротивления комплексов пород, являются наиболее
испытанными методами геофизического исследования подземных вод,
гем не менее разные случаи применения'этих методов в раЗЛИЧ-
39 0 20 У) 60м
Рис 28 Электроразведка минеральных вод у поселка
Малые Соли.
/—электропрофили, 2—линии равных сопротивлений
ных гидрогеологических условиях до сих пор еще не получили
иолного освещения.
Разработка этих методов намечается в настоящее время в на*
правлениях разрешения следующих задач:
1. Разведка мест выходов минеральных вод, подобная
описанному выше примеру.
106

2. Определение глубингі уровня грунтовнх вод.
3. Разведки учасігК&в пресных вод среди- преобладающего рас-
(77/
Щ
т
Щ
во
56
да- <v
20
№
0
-10
-20
-J0
\
//
^.
- г-
У
V.
L./
V.
J L
J I L.
Л 1 1 III L—L
-L—1 |__J | L.
J 1 I—J
5 4 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 W 11 1213 14 1516 17 W19 20 21 22 23 24 25 26
Ml
?23 > ШШ* Б^Ь Ш3« R315 uojjobok
Рис. 29. Примеры электропрофилей полученных в результате
электрической разведки.
А. Профиль естественного поля над восходящим источником. 1—аллювий;
2—древний аллювий; 3—известняки; 4—туфы изверженных пород;
Л—пещера. Б. Электропрофиль через карстовую воронку (Чацаевка, Заволжье;.
нространения минерализованных грунтовых вод засушливых
степных оавнин.
10Т

4. Разведка высокопроводящих водоносных слоев,
заключенных в песчано-гравелистых образованиях, и галечниках, которые
могут быть выделены благодаря большому сопротивлению
сравнительно с мелкозернистыми и глинистыми породами (рис. 29а).
а
то
50
О
0,930,93 0,99Щ
°—о о о-
4* да да да w
ОМ 099 Q74 0,95 0.79 Q8&
Рлс. 29. Примеры электрофилей, полученных в результате
электрической разведки
В. Определение залежей водоносного гравия (Иллинойс, США).
7—ледниковые наносы; 5— гравий; 3-сланцы. Г- Определение местоположения
погребенного русла электропрофилированием в районе Нюрсанга (Азербайджан).
Расстояния между электродами: АВ=100; А, В„=^'>. MN=20. Цифры на
кривых сопротивления в ом-метрах (Ялі).
5. Определение мощности водоносных песчано-галечниковых
толщ на основании выяснения положения подстилающих
водоупорных пород методом электрозондирования.
6. Определение зон интенсивной закарстованности и трещино-
ватости как мест высокой водообильности (рис. 296).
В качестве примера типов кривых электрического
сопротивления для характерных случаев напластования приведем диаграмму
Хейланда (С. A. Heiland). На этой диаграмме показаны кривые
изменения электрических сопротивлений с глубиной для
несколько

SS^S!
«
<>>
f^
Э
CXJ
D
X
Я
X
CQ
О
О.
X
Ч-
X
о
О
ex
X
О)
ч
Я
а,
а
s
X
<и
ч
m
к
н
о
а.
с
о
о
о
о
GJ
D*
Я
а,
н
О)
ч
к
о
о
и
О)
га
X
3
М
X
CU
с
53
f-
к <
о
3 I
•ч х
>.
Я и
|ь
с и
о
S5 3 «в
4 О
га а
О
с j: ж
о g о.
о о с
S
III
* п к
У ев
п <и в
S = i
ю ; з
?ич=
о 5 s:
к л а.
I4S
3?га о.н5
х X ч _ . _
и га в _ х о
очТ ?м к
ь | Э х o.t(
О I **ч О • і ->
«о .-
lis
s.ss|
0J М *
s-.i*
Т к ч
1 о«
цуЗ
н с ?•
..«я «а
га s- Я
Р1 У о
ч ч я
и <и о
S ч
2 t- |
о Р
о
СО
о
а
м f я
<и I га
о .- и
I ііЗ
Hg.5
~« 2
л о ч
^ * 2
§*! *>
_.- м
«МО
оо"
X а «J
те oj с
?=*:
со о х
¦и и х
5 I
а'з
н н
о я
>і
и а.
о «-
х я1
О Л
ч х
§3
I &
>-ч aa
я о и
О <j "
-ЕЗ о
к л
2 о ч
<J J3 (-
и <и Э
St»
X Я се
х о о.
s ° <-»
моя
** о
о с о
Ю X
big
и х У
4J4C
киХ
х о ?7
« х S
О) О «
Д И g
•is
та ?*о
s ^ о
ч т|5
о
Si S Й
X а) О
X я О.
Й Й е
Д ііі р,
X Я Е-
1-1 ЬС
о со о
8а
Э? s
л
I
I
:>>
ч
к
та а.
I а
10»

ких различных комбинаций слоев горных пород при двухслойном
и трехслойном строении земляной призмы (рис. 30).
На этой диаграмме можно видеть, в каких случаях кривая
сопротивления дает достаточно четкое представление о положении
водоносного слоя и в
о г ¦ б вомг-
тол
мд—-~\
каких четкого
представления об этом не
получается.
Другие методы
геофизических
исследований (магнитометрия,
сейсмометрия, гравио-
метрия) мало
применимы к непосредственной
разведке подземных
вод. Эти методы зато
находят место в
системе геофизических
разведок для
гидрогеологических целей как
средство исследования
форм геологических
структур, трещиновато-
сти и закарстованности
пород, глубины
поверхности плотных
коренных пород, перекрытых
мощной толщей рыхлых
поверхностных
образований.
Особое место среди
методов
геофизического исследования для
гидрогеологических
целей занимает кароттаж
скважин. В настоящее
время различают
следующие способы карот-
гажа, применяющиеся в
практике; электрический
и термометрический.
Электрический
кароттаж (рис. 31)
заключается в
исследовании пород по данным
определения
кажущегося сопротивления рк
до наблюдению потенциала естественных электрических полей,
возникающих в окружающих породах, под влиянием естественных
Рис. 31. Пример выделения
проницаемых пород по электро-кароттажной
диаграмме (по В Н. Дахнову).
PS—потенциал естественных электрических полей,
возникающих в породах, окружающих ствол
скважины; рк—кажущееся электрическое
сопротивление пород; 1—пески; 2—нефтеносные пески;
3—песчаники; 4~глины песчашше; 5—глины.
Римские цифры обозначают номера пластов.
по

факторов (PS — спонтанная поляризация) или электрЙ9#с>^их
полей, вызванных искусственно (РР— вызванная поляризация);?
Термокароттаж представляет собой метод исследования пород1
в скважине, основанный на изучении теплопроводности пород и
естественных тепловых полей земли.
Указанные способы кароттажа в полной мере применимы к
исследованию буровых на воду скважин. Особенного внимания
заслуживает электрокароттаж, в некоторых случаях и термокароттаж.
Электрокароттаж позволяет, помимо исследования литологи-
ческого состава пород, определять положение водопроницаемых и
водонепроницаемых слоев, выделять водоносные слои с пресной или
-минерализованной водой. Ценность этого метода особенно
эффективна при исследовании скважин, проходимых с промывкой забоя и
с глинистым раствором, когда непосредственно взятие образцов
пород и воды и испытание водоносности откачкой затруднены.
Специальные приемы электрокароттажа позволяют определить
место притока воды в скважину при откачке или места поглощения
при наливе воды (нагнетании).
Термометрические исследования скважин, обозначенные
термином «термокароттаж», заключаются прежде всего в определении
изменения температур с глубиной в скважинах с последующей
обработкой получающегося при этом графика температур. На
основании получающихся данных вычисляется геотермический градиент,
выражающий величину изменения температуры земли в градусах
"Цельсия на 100 м, вычисляется также величина геотермической
ступени, обратная геотермическому градиенту и равная
расстоянию в метрах, на котором температура по глубине изменяется на
один градус. При геотермических исследованиях в ряде скважин,
заложенных на изучаемом участке, проводятся линии,
соединяющие точки с одинаковой температурой, называемые геоизотермами,
и поверхности равных температур, называемые
геоизотермическими поверхностями. Анализ полученных данных термометрических
исследований естественного теплового поля, основанный на учете
теплопроводности различных пород, позволяет дать естественную
геологическую интерпретацию. При пересечении скважиной ряда
свит, обладающих различными тепловыми свойствами, будет
наблюдаться изменение геотермического градиента, что может
служить основанием для установления границ различных пород.
Региональное изучение геотермических данных дает нам
познание закономерностей изменения геотермических градиентов и
позволяет установить зоны повышенных значений градиентов,
отвечающих преимущественно областям современной или недавней
магматической деятельности, и зоны пониженных значений градиента,
приуроченных к платформам — областям древних орогеничеоких
фаз. С точки зрения гидрогеологической, важно отметить связь
зон высоких геотермических градиентов с восходящими
термальными источниками. С вопросами геотермии мы встречаемся также
при разведке подземных вод в зоне вечной мерзлоты,
характеризующейся пониженными величинами геотермического градиента.
Ill

Восходящие термальные источники и другие формы интенсив-
нон вертикальной циркуляции подземных вод являются
существенным фактором местных осложнений в распределении
температуры и создают особого рода «локальные естественные
тепловые поля», исследование которых является одним из важных
средств разведки выходов минеральных и пресных вод. Для
разведки пресных вод термометрические исследования особенно
важны в условиях вечной
мерзлоты, где определение
геотермического градиента является одним
из средств опенки глубины
нижней границы вечной мерзлоты.
Для массового исследования
пород в скважинах и в
особенности их свойств, имеющих
значение для гидрогеологии
(водопроницаемости, пористости),
термометрические наблюдения над
естественным тепловым полем,
однако, мало применимы; более
принято для этой цели
производить исследование скважин
посредством «искусственного
теплового поля», создаваемого
наполнением скважины буровым
раствором с температурой,
отличающейся от температуры пород, или
искусственным подогревом
раствора с помощью специальной
«печи», опускаемой в скважину.
Термокароттаж с
искусственным тепловым полем основан на
наблюдении аномалий температур,
возникающих на границах слоев
с различными тепловыми ,
свойствами (рис. 32). На этом
основано определение положения
водоносных слоев. Например, если
скважина заполнена раствором
более высокой температуры чем
породы, то температура будет
быстрее понижаться против слоев,
обладающих повышенной
теплопроводностью, и, наоборот, будет
где скважина пересекает породы,
породы,
Рис. 32. Определение границ
пластов по термограмме.
мало изменяться на участках
плохо проводящие тепло. Поэтому водоносные песчаные
обладающие относительно высокой теплопроводностью, при термо-
кароттаже с подогретым раствором будут отмечены участками
пониженных температур.
112

Глава V
ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
§ 29. Характеристика режима главнейших типов подземных вод
Режим подземных вод есть поведение их во времени под
влиянием геологических и климатических факторов.
При этом мы должны иметь в виду не только те явления,
которые мы наблюдаем в грунтовых и вообще относительно
неглубоких водах, т. е. различного рода колебания — сезонные,
суточные и многолетние, но и те более медленные процессы, которые
совершаются в более глубоких пластах и результаты которых
оказываются лишь в течение длительного геологического времени.
Принимая такое, более широкое толкование интересующего нас
понятия, попытаемся охарактеризовать основные черты режима
выделенных нами ранее генетических типов подземных вод.
В этом отношении в зависимости от характера водовмещающих
структур, глубины и степени связи с атмосферой мы можем
отметить следующие основные особенности режима подземных вод.
Режим грунтовых вод (в числе их вод карстовых и трещинных)
характеризуется непосредственным влиянием атмосферных
факторов и поверхностных вод и отличается закономерными сезонными
колебаниями уровня вод, дебита, а иногда химического состава и
температуры. В балансе тех грунтовых вод, которые отнесены
нами к водам выщелачивания, имеет доминирующее значение
постоянный подземный сток. Все это характеризует режим
грунтовых вод KaKv наиболее динамичных среди других типов подземных
вод. Для количественной характеристики динамичности режима
введем понятие коэфициента водообмена, который будем опредеч
лять как отношение годового расхода грунтового потока к общему^
объему грунтовой воды. Коэфициент этот для грунтовых потоков,!
формирующихся в условиях влажного климата с достаточно разви-і
той дренирующей эрозионной сетью, имеет величину порядка 0,1 —
1,0, повышаясь в некоторых случаях при интенсивной циркуляции
вод (карстовые воды) до 20 и снижаясь до сотых и тысячных
долей единицы в случаях водоносных грунтов с относительно не-
8 Каменский ИЗ

высокой водопроводимостью или в случае слабого развития
эрозионной сети.
Грунтовые воды континентального засоления в засушливых
степных равнинах тоже находятся под непосредственным
воздействием атмосферных факторов и обладают сезонными колебаниями
уровня и химического состава, однако их отличие от предыдущего
типа грунтовых вод обусловливается доминирующим значением в
их балансе испарения. Воды эти, как уже мы знаем, не имеют
постоянного подземного стока и водообмен в них или отсутствует
или имеет переменный характер.
Грунтовые воды вечной мерзлоты (надмерзлотные), находясь
под влиянием атмосферных факторов, отличаются своеобразными
сезонными проявлениями режима, обусловленными зимним
промерзанием, переходом грунтовых вод деятельного слоя в твердую
фазу, перемежаемостью источников, питающихся этими водами.
Артезианские воды подвержены влиянию атмосферных
факторов только в краевых зонах артезианских бассейнов, где в них
наблюдаются сезонные колебания напорного уровня, а в
некоторых случаях, правда, очень редких, и колебания химического
состава вод (восходящие минеральные источники смешанного типа).
Влияние это скоро затухает с удалением от краевой зоны
бассейна или от «окон» в кровле артезианских пластов. В крупных
артезианских бассейнах на значительной части их територии сезонные
колебания глубоких подземных вод отсутствуют (за исключением
колебаний вод в скважинах под влиянием атмосферного
давления). В отношении подземного стока, как мы уже ранее
рассмотрели (см. главу I), режим артезианских вод различается в
зависимости от типа бассейна и степени его дренирования. В широких
впадинах платформ сток выражен слабо и водообмен крайне
замедлен. Коэфициент водообмена достигает в наиболее
благоприятных условиях величины порядка 0,00001 (артезианский бассейн
Днепровско-Донецкой впадины), а для бессточных бассейнов
погребенных вод он падает до нуля, и режим подземных вод в таких
случаях может быть охарактеризован как застойный.
Более динамичным режимом обладают воды малых
артезианских бассейнов в тектонических структурах горных областей, где
наблюдается относительно более глубокое проникновение влияния
атмосферных факторов, охватывающих иногда значительную часть
бассейна. При этом водообмен приобретает сравнительно высокое
значение, приближаясь к величинам, характерным для грунтовых
вод с интенсивной циркуляцией.
Воды метаморфического и магматического циклов в отношении
режима совсем еще не изучены. Лишь для восходящих
источников, относящихся к ним, можно отметить возможность влияния
атмосферных факторов и в числе их атмосферного давления на
дебит, химический состав и температуру в случае смешения с
водами грунтовыми. О режиме глубинных гидротерм мы можем лишь
судить гипотетически, учитывая роль высоких температур,
давления газов и водяных паров, возможных в зоне магматических
114

очагов. Можно предполагать характерным здесь развитие
восходящих токов термальных вод и вовлечение в циркуляцию вод
боковых пород, прорванных интрузивами.
Из охарактеризованных в приведенном обзоре типов
подземных вод наиболее динамичными в отношении режима являются
грунтовые воды, находящиеся в зоне непосредственного
воздействия атмосферных факторов.
Учитывая практическое значение различных проявлений режима
грунтовых вод, рассмотрим их подробнее.
Обобщая данные наблюдений, мы можем выделить для
грунтовых и неглубоких напорных вод два основных типа режима:
1) водораздельный и 2) прибрежный.
Первый тип характеризует режим грунтовых вод водораздельных
пространств в местах, достаточно удаленных от рек, что создает
условия доминирующего влияния атмосферных факторов.
Второй тип режима, свойственный прибрежным местностям и
долинам рек, создается при наличии гидравлической связи с
рекой и характеризуется преобладающим влиянием колебаний уроЕ-
ня рек.
§ 30. Режим грунтовых вод, водораздельных местностей,
формирующийся под влиянием атмосферных факторов
Режим грунтовых вод на водоразделах формируется под
влиянием атмосферных факторов: инфильтрации атмосферных осадков
и испарения. Режим здесь проявляется закономерными
колебаниями уровня вод, принимающими различный характер в зависимости
от климатических условий, геологического строения, глубины
уровня грунтовых вод (мощности зоны аэрации), литологического
состава пород водоносного слоя и слоев грунта над уровнем
грунтовых вод. В этом отношении следует учитывать различную природу
наблюдаемых колебаний уровня подземных вод.
В работе «Режим подземных вод» мы совместно с Д*Л? Бин-
дечманом пришли к заключению о необходимости различать^ два
рода колебаний уровня: действительные и кажущиеся.
Колебания первого рода отражают действительные
перемещения зеркала грунтовых вод и изменения запасов воды в
водоносном пласте.
Колебания второго рода происходят под влиянием колебаний
давления воздуха в зоне аэрации, колебаний температуры и
капиллярных явлений; сюда же относятся колебания под влиянием
атмосферного давления. Эти колебания названы Н. Н. Биндема-
ном «кажущимися», потому что они происходят лишь в скважинах*»
^и других наблюдательных выработках, являясь главным образом
^едстппем изменений гидростатического давления воды или
изменений соотношения этого давления с атмосферным. Сюда
относятся "следующие виды колебаний уровня воды в наблюдательных
выработках. !*^*«^*^^^^^^-'=^?r,гч,^
1. Кратковременные колебания, длящиеся несколько дней,
происходящие от изменения давления воздуха зоны аэрации под воз-
8 *
115

действием просачивающейся сверху воды, струи которой
действуют в порах грунта как поршни, нагнетающие воздух.
2. Колебания под влиянием температуры, изменения которой
тоже вызывают колебания давления воздуха зоны аэрации, а
также в порах грунта и в капилярной зоне. В результате создаются
своеобразные суточные колебания, обнаруживаемые
наблюдательными скважинами и пьезометрами при постановке непрерывной
или автоматической записи. В периоды весеннего оттаивания
почвы изменения уровня воды под влиянием повышения температуры
могут быть бсобенно резкими.
^1 3. Колебания под влиянием растительности, сходные с цреды-
ъ№ дущими, особенно заметно проявляющиеся в условиях засушли-
м^ вого климата. Такие колебания были зарегистрированы с помощью
^ ^. самописцев на Мильфордской опытной станции в долине Эскалант
/Шітат Utah Северной Америки), где амплитуда суточных колеба-
,.' нйй имеет до 10—11 см.
*"" 4. Колебания уроийя воды в колодце и скважинах под
влиянием атмосферного давления.
5. Кратковременные резкие колебания уровня при неглубоком
положении зеркала грунтовых вод, связанные с капиллярными
явлениями.
Условия возникновения перечисленных явлений.в значительной
мере зависят от глубины зеркала грунтовых вод или мощности
зоны аэрации, в зависимости от которой могут быть выделены три
случая:
1) зона аэрации относительно большой мощности, что
равносильно соответственно значительной глубине грунтовых вод (не
менее нескольких метров);
2) зона аэрации имеет незначительную мощность, капиллярная
зона лежит непосредственно близко к поверхности земли, или же
зона аэрации отсутствует совсем;
3) зона аэрации, а также капиллярная зона отсутствует совсем,
что имеет место в ьапорных водах, перекрытых сверху
водоупорным слоем, или в водах, насыщающих грунт до земной
поверхности.
В первом случае, т. е. при относительно большой глубине
зеркала грунтовых вод и большом объеме зоны аэрации,«кажущиеся»
колебания уровня воды, происходящие под влиянием изменения
давления воздуха и других явлений в зоне аэрации, имеют
незначительную величину, и ход уровней воды в наблюдательных
выработках будет близко отражать действительные колебания зеркала
грунтовых вод, соответствующие сезонным изменениям запасов
воды в пласте, которые подробней рассмотрим несколько позже.
Во втором случае при отсутствии зоны аэрации приобретают
существенное, даже преобладающее значение, именно
«кажущиеся» колебания по следующим причинам. Вследствие малого
объема воздуха в зоне аэрации всякие наибольшие изменения объема
под влиянием температуры или под влиянием давления инфильг-
рационного тока воды влекут за собой резкие изменения гидро-
116

статического давления в водоносном пласте, передающиеся в
наблюдательные выработки в виде резких колебаний уровня воды.
Само же зеркало грунтовых вод (в пласте, не в колодцах), а
следовательно, и запасы вод могут оставаться без изменения. При
неглубоком уровне грунтовых вод, когда капиллярная зона почти
достигает поверхности земли и зона аэрации почти отсутствует,
наблюдаются резкие колебания уровня воды е колодцах под
влиянием отдельных дождей. Характерной особенностью этих
колебаний является их близкая синхронность с дождями и относительно
большая амплитуда, во много раз (до нескольких десятков)
превышающих высоту слоя выпавших осадков.
Происхождение этих колебаний связано с капиллярными явле-
лениями. В сухое время поверхность капиллярной зоны обычно
находится на некоторой небольшой глубине от поверхности земли,
а уровень грунтовой воды, показываемый скважинами или
колодцами, — на глубине нескольких десятков сантиметров. После
выпадения достаточно сильного дождя небольшой слой сухого
грунта над капиллярной зоной насыщается водой, и капиллярные
мениски, достигнув поверхности земли, изменяют свою вогнутую
форму на плоскую, причем капиллярное отрицательное давление
снимается, и слой капиллярной воды, не будучи уже
уравновешенным капиллярной силой, освобождается и всем своим весом
присоединяется к грунтовой воде, повышая гидростатическое
давление последней на высоту, близкую к высоте капиллярной зоны.
Эти подъемы уровня совершаются быстро, но держатся недолго
и уже сравнительно короткое время. Как только капиллярная
поверхность опустится немного ниже поверхности земли, уровень
воды в скважине опять опускается на первоначальную глубину,
равную приблизительно толщине капиллярной зоны.
В третьем случае, т. е. в случае напорных вод, колебания
уровня воды в наблюдательных выработках могут быть только
результатом изменений гидростатического давления, так как изменений
зеркала вод в водоносном пласте здесь не происходит.
Колебания же уровня могут происходить лишь при наличии
гидравлической связи с открытыми грунтовыми водами, имеющими
свободную поверхность, или непосредственно с поверхностными водами.
В наблюдательных выработках, опущенных в напорные
водоносные пласты, возможны также колебания, вызываемые изменениями
атмосферного давления.
Перечисленные явления кажущихся колебаний
накладываются на истинные колебания зеркала грунтовых вод, и
получающаяся суммарная картина режима неглубоких грунтовых вод
становится иногда довольно сложной и неясной.
Поэтому представляется очень важным различать те и другие
виды колебаний.
Рассмотрим теперь более подробно характер истинных
колебаний уровня грунтовых вод, которые при относительно большой
зоне'аэрации (порядка нескольких метров) уже не затемняются
обычно описанными сейчас явлениями кажущихся колебания.
117

Истинные колебания зеркала грунтовых вод имеют довольно
UfiiKo выраженный сезонный характер и .обнаруживают ^ЩУУ^н-
ную зависимость от атмосферных осадков и испарения. Эта
зависимость представлена в известном балансовом уравнении „Кёнег
который дал удачное сопоставление колебаний зеркала грунтовых
вод с элементами водного баланса водоносного пласта:
Wp = N — A- V—D,
где Л//—изменения уровня грунтовых вод,
ц—недостаток насыщения или водоотдача грунта, на
которую надо помножить высоту слоя грунта, насыщаемого
водой при подъеме, или осушаемого при падении уровня
чтобы перейти к слою воды, накопившейся в пласте или
отданной пластом,
N— слой атмосферных осадков,
Л—сток поверхностный и подземный,
V— испарение,
D—изменение запасов воды в зоне аэрации и на
поверхности земли. Все величины выражаются в толщине слоя
воды, как и осадки.
К.ёне на основании наблюдений в пунктах с различными
климатическими условиями, установил влияние климата на ход уровня
грунтовых вод в течение года, выяснив при этом два типа:
морской и континентальный. """"""
В первом при непродолжительной и мягкой зиме, не
прерывающей инфильтрации воды и, следовательно, не прерывающей
питания грунтовых вод, уровень грулывых вод достигает
максимальной высоты к середине зимы. Весной с началом заметного
возрастания испарения и летом уровень грунтовых вод падает.
Для континентального типа с длинной и холодной зимой
питание грунтовых вод инфильтрацией воды сверху прекращается, и
вследствие расходования запасов вод через источники уровень
грунтовых вод падает, достигая минимума к концу зимы (к
февралю — марту). Весной во время таяния снега происходит наиболее
интенсивная инфильтрация, и уровень грунтовых вод быстро
повышается. После прохода талых весенних вод начинает действовать
испарение, которое, суммируясь с расходом воды через источники,
ведет в засушливый летний период к падению уровня грунтовых вод.
Кене приводит ряд примеров, когда колебания уровня
грунтовых зод и алгебраическая сумма элементов водного баланса,
отвечающая правой части его уравнения, при сопоставлении дают
почти полное совпадение (рис. 33). При этих подсчетах для
определения величины правой части уравнения Кёне брал фактически
замеренные величины месячных осадков и вычитал из них сумму
стока и испарения, вычисленную для каждого месяца по средним
данным многолетних наблюдений.
Надо, однако, отметить, что отклонения от описанной
закономерности, зависящие от видоизменения климатических и
гидрогеологических условий местностей, бывают весьма значительны.
П8

Наблюдения показывают, что в одних и тех же климатических
условиях иногда режим уровня грунтовых вод варьирует в
широких пределах, что объясняется в значительной степени
геологическим строением и гидрогеологией местонахождения
наблюдательных пунктов.
Риг. 'Х\. Колебания уровня подземных вод в Эльс-
і ojiuui (ни Кече); Л — наблюденный уровень подзем-
пых вод; Б—суммарная линия -ЦЛ — V — А)
Существенное значение имеет глубина грунтовых вод,
возрастание которой ведет к отставанию колебаний уровня грунтовых вод
ММ
р? w w w w
¦Испарение-
Рис. 34. График колебаний уровня грунтовых вод в связи
с атмосферными осадками и испарением в районе
с. Василевича.
от изменений метеорологических элементов иногда на несколько
месяцев.
Значительные изменения в ходе колебаний уровня грунтовых
вод наблюдаются из года в год в одних и тех же местах в
зависимости от изменения метеорологических условий в разные годы.
119

Отмоченное явление иллюстрируется данными десятилетних
плЯлюдепий за режимом грунтовых вод в с. Василевичи в
Полесье (рис. 34), подвергнутыми научной обработке Оппоковым [78].
По этим наблюдениям были выведены средние за десятилетие
уровни грунтовых вод, осадки и испарение (рис. 35), которые
показали, что максимум уровня грунтовых вод
приходится на конец мая и минимум — на
октябрь и февраль, другой небольшой
максимум наблюдается в конце осени — в
начале декабря.
Вместе с этим наблюдения в Василевичах
показали значительное изменение хода
колебаний уровня грунтовых вод в разные
годы в зависимости от метеорологических
условий (см. рис. 34).
В числе факторов, оказывающих
существенное влияние на характер режима
грунтовых вод, следует осветить роль состава
водных свойств пород и условий
дренирования грунтовых вод эрозионной сетью.
Влияние состава пород, слагающих слои,
в пределах которых колеблется поверхность
грунтовых вод, четко выражается в
уравнениях неустановившегося движения
грунтовых вод величиной ь*-, обозначающей
водоотдачу или недостаток насыщения грунта.
От этой величины зависит амплитуда
сезонных колебаний уровня грунтовых вод, а также скорость" передачи
колебании, вызываемых рекой в грунтовых водах прибрежной зоны.
Чем меньше значение у, тем больше должна быть амплитуда
колебаний. Этим объясняются отчасти высокие и быстрые
подъемы уровня воды в трещиноватых породах, в которых величина
общей пористости выражается долями процента, а величина \ъ
должна быть еще меньше. В среднезернистых песках р в среднем
около 10— 15%. В трещиноватых закарстованных известняках она
обыкновенно не превышает нескольких процентов.
Амплитуда колебаний уровня грунтовых вод под влиянием
атмосферных осадков на водораздельных участках, помимо
метеорологических условий и состава пород, зависит также от расстояния
до дренирующей долины, достигая максимальной величины в
наиболее удаленных от естественного дренажа пунктах. Обычно
амплитуда колебания уровня грунтовых вод на нешироких
водоразделах не превышает 1 м% но в литературе отмечаются факты более
высоких амплитуд. Например, близ Бинер-Нейштадта (Австрия) на
водоразделе в 10 км от реки Фиш, годовая амплитуда колебаний
уровня грунтовых вод достигает 10—11 м, тогда как ближе к реке,
в пределах 1 км от берега, амплитуда не превышает \ м.
С. В. Троянский указывает, что колебания уровня воды в
колодце близ города Назими в Турции при глубине воды от поверх-
120
Рис. 35. Средние (за
десятилетие) величины
оеадкоп, исімрония и
уровня грунтовых под
\\ районе с. Вагилсиичи.

ности до 41 м достигала 20 м. Колодец этот был заложед,„в про-
Лювиальных галечнііках предгорий.
Описанные выше случаи приведены мной не столько для того
чтобы исчерпать разнообразные виды колебаний уровня грунтовых
вод, а скорее с целью показать на примерах, насколько
значительно может видоизменяться режим грунтовых вод в зависимости
от изменения различных факторов, под влиянием которых
формируется режим: климатических условий в региональном разрезе,
метеорологических условий в одном и том же пункте, в
многолетнем разрезе, гидрогеологических условий в пунктах, находящихся
в одних и тех же метеорологических условиях, но различающихся
по геологическому строению, рельефу и условиям дренирования.
Эти примеры показывают, что при изучении режима грунтовых
вод надо в полной мере учесть все разнообразие факторов,
влияющих на режим подземных вод. Только при таких условиях
наблюдения могут дать достаточно полный .материал для
характеристики режима грунтовых вод местности и гарантировать нас от
грубых ошибок в этом отношении.
§ 31. Режим грунтовых вод в прибрежной зоне, создающийся
под влиянием колебаний уровня реки
Режим грунтовых вод в прибрежной зоне зависит от
соотношения грунтовых вод с рекой. Здесь могут быть три случая:
1) когда имеется гидравлическая связь между грунтовой водой и
рекой, 2) когда река лежит ниже грунтового потока и
гидравлическая связь отсутствует, 3) когда зеркало грунтовых вод лежит
ниже русла реки и влияние последней на грунтовую воду может
лишь выразиться некоторой инфильтрацией речной воды, если
породы под дном русла водопроницаемы. Наиболее характерен
первый случай, когда режим грунтовых вод в прибрежной зоне
создается под гидродинамическим влиянием колебаний уровня реки.
Закономерность этих колебаний поддается математическому
анализу на основе уравнений неустановившегося движения
грунтовых вод (см. Г. Н. Каменский «Основы динамики подземных
вод»). Напомним здесь формулу Форхгеймера, выражающую
колебания уровня грунтовых вод, вызванных периодическими
(гармоническими) колебаниями уровня реки:
_ л/ щ
где Н — максимальный подъем уровня воды в реке,
Т — время, в течение которого совершается подъем уровня
воды в реке до максимума и обратно снижения до
первоначального уровня,
z — повышение уровня грунтовых вод на расстоянии х от ре-
. ки в момент времени /, считая от начала подъема уровня
воды в реке,
1ST

jj. — недостаток насыщения грунта над уровнем грунтовых вод,
или водоотдача^ которые можно принять одинаковыми*
к — коэфициент фильтрации,
h — средняя мощность водоносного пласта.
Формула Форхгеймера подробно разобрана в книге Г. Н.
Каменского «Динамика подземных вод», к которой и отсылаем
читателей. Здесь же укажем следующие основные закономерности,
вытекающие из формулы и подтверждающиеся наблюдениями.
Колебания уровня грунтовых вод, вызванные рекой,
распространяются вглубь берега с постепенным уменьшением амплитуды и с
запозданием фазы колебания, причем затухание колебаний про-
ьо
.???(-
20
W
О
I
Высокий
быхбод.
грунто
Высокий уробень грунта- ?/
быхбод ёо бремя пододке
YSJOm 1925г.
8,90м 1919г.
18? rf iSWt,
WkJMtL
f$L Щ
то
г з
-Ш"500—700
'^ЙеЖеннии уродёнь грунтобых бею 1Ш9&
^•Мокенний уробень грунтобых бод 1926'г.
-800—
kft?0--vW-
6000
I
7
1900
юоо
ю
п
Рис. 36. Влияние паводков р. Рейна в 1919/20 и 1925/26 гг.
на форму кривой депрессии грунтовых вод.
исходит тем дальше от реки, чем меньше величина j* и чем больше
водопроводимость и мощность пласта.
Формула Форхгеймера отчетливо показывает, что колебания
грунтовых вод (например колебания при паводке)
распространяются от реки в прибрежной зоне с некоторым запозданием.
Величина колебания тем больше, чем больше недостаток
насыщения и водоотдача и тем меньше, чем больше водопроводимость и
мощность водоносного пласта.
Колебания грунтовых вод, развивающиеся под влиянием реки,
распространяются обычно на несколько сотен метров от берега
реки, и лишь при больших амплитудах и длительных подъемах
уровня паводковых вод крупных рек влияние этих колебаний
распространяется иногда на несколько километров. На Рейне во
время паводка колебания грунтовых вод, вызванных рекой,
распространяются на 1 600 — 3 500 м от берега реки (рис. 36, 37). При
122

этом по мере удаления от реки, вызываемые ею колебания
уровня воды постепенно затухают, и вместе с этим в режиме
подземных вод все более и более начинают сказываться влияния
атмосферных факторов, в результате чего мы получаем на некоторой
полосе смешанный или сложный режим грунтовых вод,
создающийся в результате суммарного действия факторов: реки и
инфильтрации атмосферных осадков.
Колебания уровня
грунтовых вод,
вызванные рекой, передаются
тем дальше, чем
больше водопроводимость
пласта и чем больше
насыщенность верхних
слоев грунта над
уровнем грунтовых вод.
Роль указанных
верхних слоев еще более
возрастает, если они
менее проницаемы и
имеют меньшую
водоотдачу, чем нижние
водоносные слои. В этом
случае скорость
передачи колебаний и
относительная величина
амплитуды (по отношению
к амплитуде колебаний
уровня реки)
значительно возрастает.
Влияние рек наиболее
проявляется в режиме
грунтовых вод,
заключенных в
аллювиальных отложениях и
берегах долин, но
нередко оно передается и в
более глубокие слои,
если последние
находятся с водами речной
долины в
гидравлической связи. Последняя
мржет происходить при
наличии окон в кровле
глубоких водоносных пластов, например, известно, что
артезианские воды в меловых отложениях на территории г. Киева
совершают колебания, синхронные с колебаниями уровня Днепра [81].
Такое же явление отмечено в Москве для напорных вод в
верхнекаменноугольных известняках. В пределах долины р. Москвы
Рис. 37. Влияние паводковых вод р. Рейна
на колебания уровня грунтовых вод в 1925/26 гг.
1—5— уровни грунтовых вод п наблюдательных
колодцах; б—уровень воды р. Рейна.
123-

известняки лишь местами перекрыты юрскими глинистыми
породами, а местами прямо лежат под четвертичными
водопроницаемыми песчаными образованиями. В том и другом случае связь
артезианских водоносных пластов с реками создается через
глубокие древние промывы, прорезающие местами непроницаемую
кровлю артезианских горизонтов и выполненные
водопроницаемыми песчаными отложениями.
§ 32. Режим источников
В режиме источников важнейшее значение имеют сезонные
колебания их дебита, а также химического состава воды. Сезонные
колебания дебита источников представляют полную аналогию
подобных же колебаний уровня подземных вод. Колебания уровня
подземных вод, отражающие изменения запасов вод, являются
непосредственной причиной сезонных колебаний дебита источников.
В период максимального пополнения запасов воды в пласте или
бассейне, питающем источник, дебит источника достигает
максимальной величины. Затем после наступления засушливого периода
(лето в районах с сухим климатом), когда отдельные дожди
расходуются полностью на сток, испарение и частью на поддержание
влажности пересохших почв и грунтов зоны аэрации, пополнение
запасов воды в бассейне питания источника прекращается и
начинается расходование их через источники, что влечет за собой
постепенное падение уровня воды в водоносном пласте и падение
дебита источника. При достаточно продолжительном засушливом
периоде режим источника принимает закономерный характер,
подчиняясь законам движения воды в водоносном пласте и назван
(SJ5yccHirecKOM «упорядоченным», или независимым режимом. Бус-
сииёсіГГ",я!птбгрируи уравнение 'неустановившегося движения
подземных вод, питающих источник в условиях постепенного
расходования запасов воды, вывел для этого режима характерные
уравнения кривых дебита, одно из которых имеет вид:
Q = Q0l-*
где Q—дебит источника в период независимото режима,
Q0—дебит в начале этого периода,
?—время, протекшее от начала,
е—основание натуральных логарифмов,
а—коэфициент истощения, величина • которого выражается
следующей формулой:
__ 7&КН
а ~ 4[а?2
где К— коэфициент фильтрации пласта,
А—средняя мощность водоносного пласта,
V-—удельная водоотдача,
А—среднее расстояние от выхода источника до водораздела
подземных вод.
Формула Буссинеска показывает, что в засушливый период
дебит источника постепенно падает по выполаживающейся кривой,
124

причем скорость этого падения зависит от величины коэфициента
истощения, который, в свою очередь, зависит от водопроводимо-
сти, водоотдачи и размеров питающего подземного басейна.
Эти зависимости находятся в полном соответствии с
наблюдениями и представляют собой четкое выражение закономерностей
режима источников.
Источники по характеру колебаний дебита различаются
величиной пределов колебания, что принято выражать как отношение
максимального дебита к минимальному. Это отношение для
постоянных по дебиту источников имеет величину, близкую к
единице —¦ от 1 до 2, для переменных по дебиту источников это
отношение достигает 20 й более. Степень изменчивости дебита
довольно близко увязывается с характером пород. Например, для
зернистых пород (песков) мы имеем наиболее постоянный режим
источников, а для трещиноватых и особенно закарстованных
наиболее переменный. Но здесь большое значение имеют условия
залегания и питания водоносного пласта и гидравлического режима
пласта. Источники восходящие, питающиеся водой артезианского
пласта с отдаленной областью питания, даже при наличии
больших трещин могут иметь очень постоянный дебит. Нисходящие
источники из тех же пород оказываются во много раз более
переменными.
§ 33. Гидрохимический режим подземных вод
Наряду с колебаниями дебита и уровня подземных вод
главнейшим элементом их режима является изменение химического
состава и физических свойств воды. * |
Особенно внимательно изучался гидрохимический режим
минеральных источников. Когда-то считали, что воды минеральных
источников не изменяют своего химического состава, и это
постоянство даже выдвигалось как отличительный признак,
определяющий принадлежность данного источника к минеральному. Однако
наблюдения последних лет показали, что именно минеральные
воды, как относительно более минерализованные, отличаются и
более заметными изменениями состава. Например вода Нарзана в
Кисловодске в процессе сезонных колебаний изменяет свою
общую минерализацию ежегодно примерно в 1,5 раза; кроме того,
происходят многолетние изменения как дебита, так и
минерализации, зависящие от изменений метеорологических условий, а также
от процессов кольматажа и периодического размывания водопро-
водящих трещин.
В режиме минеральных источников отмечены колебания всех
•основных элементов: дебита, температуры, общей минерализации,
химического состава (относительного и абсолютного содержания
отдельных компонентов) растворенных в воде газов, количества
бактерий.
Колебания химического состава отмечены наблюдениями не
только для минеральных источников, но и для некоторых других
125

типов подземных вод, пресных и минерализованных. Например,
довольно резкие гидрохимические колебания наблюдаются в
колодцах, заложенных вблизи морских побережий, где изменения
минерализации подземных вод зависят от изменений степени
подмешивания морской соленой воды к пресным грунтовым водам.
Довольно резкие сезонные колебания химического состава
наблюдаются в неглубоких грунтовых водах и в верховодке в
засушливых районах, где гидрохимические колебания связаны с
изменениями хода процессов выщелачивания по сезонам года, а также
изменениями взаимоотношения пресных вод верхних горизонтов
(верховодки) с более глубокими минерализованными водами.
Анализ условий формирования гидрохимического режима
подземных вод показывает, что здесь важнейшую роль играют
гидродинамические явления, происходящие при взаимодействии вод
разной минерализации. Для гидрохимического режима вод
засушливых районов важную роль играют изменения в ходе
процессов выщелачивания и накопления солей в связи с засолением.
Характер тех и других явлений обусловливается сезонными
колебаниями фактора питания, отражающегося как на режиме
дебита, так и минерализации вод.
В зависимости от соотношений колебаний дебита и химического
состава воды для минеральных источников отмечены два случая.
В одном случае одновременно с изменениями дебита
источников наблюдаются изменения химического состава и физических
свойств воды; как правило, с увеличением дебита падает
минерализация воды, и наоборот. В другом случае источники, несмотря
на довольно заметные колебания дебита, дают воду постоянного
состава. В первом случае имеют место сезонные колебания
степени подмешивания к минеральной воде пресной грунтовой воды.
Во втором же случае в месте выхода минерального источника
или скважины, выводящей минеральную воду, происходят только
колебания напора (давления) вод, передающиеся от участков
водоносного пласта, выходящих на поверхность. Пресная грунтовая
вода, подмешивающаяся к минеральной воде в этих участках, не
доходит до места выхода упомянутого выше источника и
перехватывается другими источниками, расположенными ближе к зоне
смешивания вод.
§ 34. Режим подземных вод под влиянием искусственных или
технических факторов
Вместе с широким развитием гидрогеологических работ для
различных практических целей — водоснабжения, орошения,
горного дела, гидротехнического и промышленного строительства —
возникли также разнообразные вопросы об_ изменениях . рещщд
подземных вод под воздействием различных технических
..факторов;. 1) изменение режима грумтозых вод под влиянием подпора
гидротехническими сооружениями, 2) изменения режима вод в
процессе понижения их уровня при эксплоатащщ»_ 3) влияние на
режим и баланс грунтовых вод искусственного орошения, 4) раз-
126

витие депрессии подземных вод под влиянием дренирующего дей-,
ствия горных выработок. Изменения, режима вод при этом могут
быть двух родов: а) изменения, связанные с факторами питания и
балайГса" подземных вод и б) изменения гидродинамического
характера, сопровождающиеся изменением уровня грунтовых вод и
некоторым преобразованием их поверхности, изменением
направления и скорости движения воды.
Например, при искусственном орошении происходит нередко
изменение баланса грунтовых вод вследствие дополнительного
питания за счет избытка оросительных вод, что приводит к
периодическому повышению уровня вод во время поливных периодов, а
нередко создает постепенное повышение уровня, возрастающее из
года в год. Примером гидродинамического воздействия на
грунтовые воды могут служить некоторые случаи подпора, особенно в
условиях напорного пласта. В большинстве случаев изменения
режима подземных вод, создаваемые искусственными факторами,
представляют собой сложный комплекс явлений, включающих
одновременно и изменения баланса вод и явления
гидродинамического характера в виде колебаний напорного уровня подземных вод.
При эксплоатадди подземных вод до некоторых пределов
откачки можно считаться только с гидродинамическими
изменениями, проявляющимися в образовании депрессионной воронки, в
пределах которой режим вод подчиняется главным образом
режиму эксплоатации.
При дальнейшем развитии эксплоатации и достаточно большом
отборе воды могут произойти существенные изменения баланса
чвод, ведущие к значительной сработке запасов воды в водоносном
пласте, а в некоторых случаях и к его истощению.
При этом возникает задача об установлении признаков, по
которым можно было бы своевременно в процессе эксплоатации
подземных вод обнаружить начало глубоких изменений в их
балансе и предусмотреть возможность истощения их запасов.
В деле использования грунтовых вод важное значение приоб-
ретает установление эксплоатационного режима. Например, при
определении оптимального отбора грунтовой воды возможно в
засушливый период допустить сработку запасов грунтовых вод,
которые затем в более влажную часть года должны быть вновь
пополнены. Использование артезианских вод в случае достаточно
интенсивной откачки из группы взаимодействующих скважин
приводит к образованию районной депрессии. Правильная постановка
наблюдений за режимом вод районной депрессии дает материал
для обоснования рациональной эксплоатации системы артезианских
скважин, а также для выяснения вопросов о дальнейшем развитии
'водозаборной системы и о включении в эксплоатацию новых
динамических ресурсов подземных вод. Примеры подобных исследований
мы находим в работах К. И. Макова и Н. А. Плотникова [82].
Нередки случаи, когда использование подземных водЛіриводит
к изменению состава и качества воды, примерами чему являются
водосборы, расположенные в районе морских побережий или на
127

морских островах, где происходит подсасывание морской воды
водозаборными сооружениями. Относительная величина
получающегося при этом засоления воды зависит от колебаний уровня
грунтовых вод, напора морской соленой воды и от интенсивности
отбора воды.
Изменения состава вод происходит также в приречных
водосборах, которыми подсасывается речная вода, причем здесь
также происходит сложное взаимодействие различных факторов:
питания грунтовых вод атмосферными осадками, колебаний уровня
реки и изменения интенсивности эксплоатадии грунтовых вод.
В ирригационных районах изменения режима грунтовых вод
непосредственно связаны с факторами питания и баланса вод.
Обычно при достаточном избытке оросительных вод происходит
существенное изменение баланса грунтовых вод под орошаемой
площадью в сторону увеличения их питания. В результате,
во-первых, изменяется характер сезонных колебаний уровня вод,
максимум которого перемещается с весны на лето, т. е. на поливной
период, и, во-вторых, вместе с этим из года в год происходит
постепенное повышение уровня грунтовых вод, создающее при
достижении достаточно близкого положения уровня вод от
поверхности (начиная примерно с Зм) неблагоприятные условия для
дальнейшего использования орошаемой площади земель ввиду воз-
іможности вторичного засоления почв.
I Сложные задачи возникают при выяснении вопросов влияния
на режим грунтовых вод подпора от гидротехнических
сооружений. Конкретно пришлось эту задачу решать на Днепрострое и в
особенности на строительствах сооружений канала Москва —
Волга и Рыбинского гидроузла. Первоначально задача была
поставлена как определение гак называемого стационарного
подпора, отвечающего постоянной отметке уровня водохранилища
или уровня подпертой сооружением реки. Но уже первые попытки
решить эту задачу для конкретных подтопляемых объектов в
районе канала Москва — Волга, а также в районе г. Щербакова и
других водохранилищ на Волге и ее притоках показали, что
определение стационарного подпора не достаточно тоічно и не достаточно
полно разрешает этот вопрос для практических целей. Оказалось
необходимым учесть в производимых при этом расчетах колебания
уровня грунтовых вод, создающиеся над влиянием колебаний
уровня водохранилищ при прохождении паводков и при сработке
водохранилищ. Потребовалось при расчетах по,дпора учесть также
колебания под влиянием атмосферных факторов. В целом задача
формулировалась как прогноз будущего нового режима грунтовых
вод, создающегося в зоне подпора под влиянием водохранилища.
§ 35. Организация наблюдений за режимом подземных вод
Вышеприведенный обзор намечает ряд вопросов, в которых
изучение режима подземных вод приобретает значение как метод
разрешения конкретных практических задач, большинство которых
128

могут быть сформулированы как задачи прогноза режима:
прогноз режима подземных вод при их'эксшюатации для водоснаоже-
ния, прогноз режима грунтовых вод ирригационных районов,
прогноз подтопления при подпоре гидротехническими сооружениями,
прогноз притока воды в горные выработки.
Перечисленные вопросы будут далее рассмотрены в
специальных главах, здесь же мы остановимся на некоторых общих вопросах
постановки наблюдений за режимом подземных вод. Прежде всего
в соответствии с вышеизложенным мы можем совершенно
определенно наметить два рода задач изучения режима подземных вод.
1. Изучение режима подземных вод на гидрогеологических
станциях стационарной государственной сети, имеющих своим
назначением накопление материалов многолетних наблюдений о
режиме подземных вод и установление закономерностей
регионального значения, характеризующих гидрогеологический режим
различных районов территории СССР.
2. Изучение режима подземных вод на объектах специального
назначения в условиях воздействия тех или иных искусственных
факторов, имеющее в нашей стране не менее важное значение,
чем наблюдения на станциях государственной стационарной
опорной сети. Эти наблюдения предназначены для решения
конкретных, иногда весьма ответственных, практических задач или служат
для научного обобщения опыта практического применения стацио-
гарных наблюдений к тем или иным конкретным задачам.
Изучение режима подземных вод для тех и других целей
осуществляется путем постановки, стационарных наблюдений, для
чего организуются гидрогеологические станции, которые как мы
увидим выше, могут быть двух родов: 1) станции стационарной
государственной опорной сети, функционирующие длительные периоды
и 2) станции специального назначения, организуемые по мере
надобности в связи с разрешением конкретных практических задач.
На тех и других станциях объектами наблюдений являются
следующие основные элементы режима подземных вод: колебания
уровня подземных вод, колебания дебита источников, изменения
химического состава, физических свойств, температуры вод. Кроме
того, параллельно ставятся наблюдения за влажностью почвы и
грунтов в зоне аэрации, что важно для оценки величины недостать
ка насыщения }*, являющегося одним из важнейших факторов ве-,
личины колебаний грунтовых вод, а также наблюдения за
температурой почв и грунтов.
Параллельно ведутся наблюдения метеорологические за
атмосферными осадками, испарением, температурой, давлением и
гидрологические за режимом рек и поверхностных водоемов, могущих
* влиять на режим подземных вод изучаемой местности.
Для наблюдения за режимом подземных вод служат
наблюдательные колодцы и скважины различной конструкции в
зависимости от рода водоносного слоя и глубины воды:
а) копаные колодцы,
б) скважины или трубчатые колодцы с сетчатым фильтром,
9 Каменский
129

в) скважины, снабженные фильтром с обсыпкой из песка н
гравия.
Для песчаного водоносного пласта, когда частицы песка в
достаточной мере (около 40—60%) удерживаются фильтровой
сеткой, применяется в качестве наблюдательного колодца буровая
скважина с сетчатым фильтром. Для этого сначала производится
бурение скважины диаметром 8 — 9 см на глубину около 2 м
ниже уровня грунтовых вод.
В эту скважину опускается колонна труб меньшего диаметра
6 — 7 см с сетчатым фильтром на конце, а обсадные трубы
извлекаются.
Затрубное пространство заполняется сначала песком, а вверху
делается глинистый замок.
В случае, если грунтовая вода заключена в тонкозернистых
глинистых песках, обыкновенные буровые колодцы неудобны
потому, что порода в значительном количестве проходит через
фильтр и скоро засоряет колодец. Срубовые колодцы для таких
сильно плывучих водоносных пород тоже мало пригодны, потому
что они быстро заплывают и не могут быть углублены на
достаточную глубину в водоносный горизонт: они слишком быстро
мелеют, и может оказаться, что вода при понижении уровня упадет
ниже дна, и наблюдения будут прерваны.
Более надежными в данном случае являются буровые колодцы
с песчаным фильтром. Последние устраиваются двумя способами.
По одному способу в буровую скважину большого диаметра —
20 ом и более — опускается фильтр, приготовленный заранее на
поверхности. Этот фильтр состоит из внешней фильтровой трубы
диаметром немного меньше диаметра скважины и внутренней
фильтровой трубы диаметром около 8 см, присоединяющейся
непосредственно к колоне труб такого же диаметра, ведущих на
поверхность земли. Промежуток между обоими фильтрами
заполняется крупным песком или гравием или же несколькими
концентрическими слоями с постепенным уменьшением крупности зерна к
внешней фильтровой трубе, для чего загрузка ведется при помощи
временных труб разного диаметра из листового железа,
извлекаемых по мере заполнения промежутков трубами.
Для предохранения от просачивания сверху воды вокруг
колодца на глубину 25 см устраивается глиняный замок.
Другой, более простой способ устройства песчаного фильтра
заключается в следующем: бурится окважина диаметром около
20 см на глубину, как и другие наблюдательные колодцы, около
2 м ниже уровня грунтовых вод.
После удаления из скважины мутной воды, получившейся при
бурении, в нее насыпается крупный песок до высоты около
10—15 см над забоем. Затем в скважину опускается трубка
диаметром около 8 см с фильтром длиною 1 м. Для того чтобы
фильтр устанавливался в центре скважины, следует на нижнем
конце его закрепить направляющий деревянный кружок.
Пространство за фильтром засыпается крупным песком, и вместе с этим
130

внешние обсадные трубы постепенно извлекаются. По извлечении
обсадных труб скважина оборудуется подобно предыдущему.
Для глинистых пород и суглинков наиболее удобной
конструкцией наблюдательного колодца является срубовый колодец, так
как различного типа трубчатые колодцы не вполне пригодны для
таких пород, в связи с тем что легко могут засориться и заплыть
мелким песком.
Замер глубины уровня воды в колодце производится с помощью
различных измерителей от края трубы или от постоянной метки,
замеченной на трубе или срубе. Около наблюдательных
колодцев устанавливается репер. Все колодцы и метки на них
должны быть увязаны нивеллировкой для получения абсолютной или
относительной высоты.
Вместе с этим описывается также точное местоположение
колодца по рельефу и по отношению к ближайшей реке или
водоему. Все эти сведения вместе с геологическим разрезом и
описанием оборудования колодца должны составить паспорт колодца и
храниться вместе с записями наблюдений.
Сроки наблюдений бывают различные б зависимости от
требующейся точности и от характера наблюдений. Обычно они
производятся ежедневно, а иногда и несколько раз вдень. Наблюдатель
записывает в книжку, особо разграфленную для удобства записи,
глубину уровня от условной метки на колодце и день и час наблюдений
В этот же день запись из книжки переносится в особую
ведомость, хранящуюся на станции.
Для измерения уровня в колодцах применяется обычно
«хлопушка», опускаемая в колодец на рулетке.
Для измерения уровня воды в не очень глубоких срубовых
колодцах довольно удобно пользоваться другим прибором, состоящим
из деревянной пластинки длиной 12 см, шириной 4 сму с одной
стороны покрытой зеркалом. Пластинка подвешивается за середину
на рулетке и погружается прикрепленным здесь грузом около 10 г,
направляясь зеркальной поверхностью вверх. Во время
прикосновения пластинки к воде она отчетливо видна, вследствие
отражения в ней падающего сверху света; при погружении в воду она
сразу исчезает.
Для неглубоких копаных колодцев удобно измерить уровень
воды с помощью легкой деревянной рейки, на которой нанесены
деления — метры и сантиметры. Для более точных измерений воды
применяются другие известные приборы (рис. 38): измеритель
Ранга, электрический измеритель Стокера, электрический
измеритель, Соколовского.
Для частых замеров уровня удобен поплавковый измеритель,
устанавливаемый для постоянных наблюдений в колодце или
скважине.
В случае большой глубины уровня воды (порядка нескольких
десятков метров) применяются тяжелые штанговые измерители,
снабженные на конце тонким стержнем (иглой), по глубине
погружения которого в воду определяют уровень воды.
«•
131

Рис. 38. Приборы для наблюдения за уровнем воды
в скважинах и колодцах.
і—„хлопушка"; 2—измеритель ранга; 3—штанговый измеритель;
4—переносная рейка; 5—тарелочный измеритель; 6—гидравлический свисток. 7-
поплавковый измеритель; 8~электрический измеритель Стокера; 9--схема
электрического замыкателя А. Ф. Соколовского; 10—прибор Куната.

Штанговый измеритель опускается в скважину на стальном
тонком тросе.
Для непрерывной записи колебаний уровня воды служит
самописец, или лимниграф, который может быть установлен на
колодцах и скважинах..
Непрерывные и автоматические записи колебаний уровня вод
вообще очень ценны в изучении режима подземных вод.
Самописцы особенно важно применять для регистрации
колебаний уровня подземных вод в периоды быстрых изменений
уровня, совершающихся в пределах одного дня или даже
нескольких часов: например для записи суточных колебаний уровня
грунтовых вод в связи с влиянием растительности, температуры,
атмосферного давления, а также для регистрации колебаний уровня
воды во время прохода паводка.
Для наблюдения за дебитом источники оборудуются каптажем
и постоянной установкой водослива той или иной системы и
размера: Чиполетти, Томсона или водосливного щитка с лотком для
измерения дебита мерным ведром.
Температура воды в наблюдательных выработках и источниках
измеряется с помощью «ленивого» термометра.
Последующая обработка записей заключается прежде всего
в вычислении абсолютных или условных отметок уровня воды,
затем в построении графиков колебаний уровней и далее в
сопоставлений полученных данных с наблюдениями над другими
явлениями, связанными с колебаниями уровня воды в колодцах: с
осадками, атмосферным давлением, температурой, колебаниями
уровня воды в открытых водоемах.
В научной обработке данных наблюдений за режимом
подземных вод важнейшей целью должно быть выяснение элементов
баланса подъёмных вод. Правда, это трудная задача, но в некоторых
случаях разрешимая, при надлежащей разбивке наблюдательных
точек. Для грунтовых вод элементарный баланс, т. е. баланс вы-
деленного элемента или участка грунтового потока, может быть
выяснен путем анализа данных наблюдений за режимом вод с
помощью метода конечных разностей.
Метод этот, описанный в книге t\ Н. Каменского «Основы
динамики подземных вод» и в других работах автора [35], основан
на применении уравнения неустановившегося движения грунтовых
вод в конечных разностях. N
Использование уравнений неустановившегося движения грунто-^
вых вод в конечных разностях для анализа хода колебаний уровня
грунтовых вод дагёт очень ценные результаты. Уравнения эти яв-"
ляются подлинным средством гидродинамического анализа pe-j
.жима грунтовых вод, J
Изучение режима подземных вод является основой для
выяснения их баланса, с чем мы встретимся в дальнейшем при опре;
делении ресурсов подземных вод и при изучении гидрогеологи^
ческй* условий орошаемых площадей и выяснении вопроса об
изменении режима грунтовых вод под влиянием орошений. ***

Глава VI
РАЗВЕДКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЦЕЛЯХ ИХ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
§ 36. Основные принципы установления объема и содержания
гидрогеологических исследований источников водоснабжения
Изучение подземных вод как источников водоснабжения по
составу задач и содержанию геолого-разведочных работ
представляет в общем случае сложное комплексное исследование, целью
которого является выявление подземных вод как возможных источ-
) ников водоснабжения для данного населенного пункта или про-
" мышленного предприятия, определение количества и качества воды
' и получение гидрогеологических данных для обоснования проекта
к водоснабжения. Для правильного разрешения перечисленных задач
^требуется прежде всего четкое определение объема и содержания
\необходимых для данной цели гидрогеологических исследований,
^которые зависят от ряда факторов: 1) от размера потребностей
в воде, 2) от стадии проектирования водоснабжения, 3) от
степени изученности района в геологическом и гидрогеологическом
отношениях, 4) от гидрогеологических условий местности, 5) от
характера намечаемых к использованию источников воды
(грунтовые воды, артезианские воды, выходы источников).
Гидрогеологические исследования источников водоснабжения
по своему содержанию и объему могут варьировать в широких
пределах.
В простейшем случае вся работа может ограничиться
рекогносцировочным осмотром местности или заложением одной-двух буровых
скважин, которые затем могут превратиться в зкеплоатационные.
В других, более сложных случаях гидрогеологические
исследования источников водоснабжения приобретают характер сложного
комплекса разного' рода работ: геолого-съемочных,
разведочных, опытных, стационарных наблюдений, лабораторных
исследований и т. п.
Совершенно ясно, что какого-либо шаблона в деле
гидрогеологического исследования источников водоснабжения не может быть.
134

В проблеме гидрогеологического исследования источников водо
снабжения намечаются следующие основные вопросы: 1) „оценка
.качества подземной воды как источника водоснабжения, 2)
установление потребного количества воды, 3) выбор водоисточника,
отвечающего этим потребностям, 4) исследование выбранного
источника водоснабжения и количественная его оценка, 5)
выяснение условий рациональной эксплоатации и охраны изученного
источника.
В соответствии с перечисленными подразделениями построим
систематическое рассмотрение настоящей темы.
§ 37. Оценка качества подземной воды как источника
питьевого водоснабжения
Для оценки качества воды важно знать требования,
предъявляемые к воде, употребляемой для питья, для хозяйственных и
технических целей, для промышленного производства.
Питьевая вода должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Вода не должна содержать вредных для здоровья человека
веществ: например, меди, свинца, мышьяка и проч.
2. Присутствие веществ, растворенных обычно в подземной
воде, не должно превышать некоторых пределов, выше которых
вода приобретает свойства, делающие ее негодной к употреблению
(вкус, высокая жесткость).
3. По физическим свойствам вода должна быть прозрачна, без-
цветна, освежающего вкуса и без запаха.
4. Вода должна быть свободна от болезнетворных
микроорганизмов.
Вода для технических целей должна удовлетворять
специальным нормам в зависимости от ее назначения: например, для
паровых котлов, для технических производств, для орошения и т. п.
В общей оценке источника водоснабжения необходимо
учитывать комплекс требований к воде, имея в виду ее применение как
для питьевых, так и для некоторых технических целей. Однако
главное внимание должно быть уделено основному назначению
исследуемого источника водоснабжения. Во всех случаях, когда
подземная вода используется одновременно с другими различными
целями для питьевого водоснабжения, в первую очередь надо
учитывать требования, предъявляемые к ней как к питьевой воде.
Основным средством для оценки качества воды является химический
анализ, который позволяет дать ответы в отношении большей
части перечисленных выше требований: обнаружить присутствие
в воде вредных веществ, установить свойства воды, важные в
гигиеническом, хозяйственном и техническом отношениях, и по
содержанию веществ, являющихся так называемыми показателями
загрязнения, установить загрязненность воды и возможность
нахождения в ней возбудителей инфекционных заболеваний.
В качестве руководства для использования химических анализов
для оценки содержания в воде растворенных в ней веществ cviiie-
135

ствуют нормы, установленные авторитетными гигиенистами,
конгрессами и различными учреждениями (см. табл. 10).
Таблица 10
Примеры норм химического состава вод для питья

брюссельский кон-
грес,
1885 г.
Б. Отдел
Зем.
улучшений
Лисицын,
для сухих
степей
500
8
60
2
—
0.5 *
10
20
500
35
100
15
Следы
•а
10
20
1 000—1 500
150— 200
300— 500
—
—
—
—
30—40
Сухой остаток
Хлор (С1)
Серная кислота (SOg)
Азотная кислота (N2O5)
Азотистая кислота (N2Og)
Аммиак (NHg)
Окисляемость (КМп04)
Жесткость общая (в немецких
градусах)
Опыт показал, что сколько-нибудь универсальных, имеющих
повсеместное применение, норм для питьевых вод не может быть, так
как все разнообразие природных вод никакими нормами не может
быть охвачено (см. примеры анализов вод в табл. 11).
Нормы для оценки качества питьевой воды могут иметь только
местное значение, и установление таких местных норм должно
быть основано на знании природных условий местности:
Прежде всего необходимо установить, отражают ли данные
химического анализа природный состав воды или указывают на
загрязнение ее.
Химическими показателями загрязнения являются прежде всего
азотистые вещества: азотистая кислота, аммиак и отчасти азотная
кислота. Азотная кислота как продукт конечной минерализации
органических веществ при отсутствии других азотистых
соединений может показывать лишь результат отдаленного загрязнения,
уже полностью обезвреженного длительным процессом
минерализации. Поэтому азотная кислота нередко встречается даже в
глубоких артезианских водах или в водах, безусловно
предохраненных от близкого проникновения в них загрязняющих органических
веществ. Содержание ангидрида азотной кислоты N2O5
допускается по некоторым нормам до 20 мг на 1 л. Другое
дело—азотистая кислота и аммиак, присутствие которых даже в
количестве долей мг на 1 л показывает на относительно близкое
загрязнение воды и служит основанием для отрицательной
санитарной характеристики водного источника. Поэтому присутствие
азотистой кислоты и аммиака в питьевой воде считается
недопустимыми по всем нормам. В некоторых случаях появление в воде
аммиака и азотистой кислоты в небольших количествах (десятые
доли мг на 1 л) может оказаться результатом химических
процессов восстановления азотнокислых соединений, идущих без участия
136

та
ЯГ
я
ч
та
К
S
я
та
S
о
о
о
со
3
О
X
9
R
0>
S
S
о.
с
*
о
са
а
о
со
я
ч
га
s
«а
Примерь
л 9
О «-
Л * 1
*- я 1
о и
я
та
о
О
be
<
О
и
«
Е
Z
о
h
S
о
О
1
и
—_.^_^ __ ¦
s0 a 'ігэияо
НИН
-BflHirBModu
hcJlj ndaxou
О га * *?
? Ь 2^
^ У н s
5Я
3 н
Я я
ё |
= я
§ 2
CQ
№
. я
Я д
Я я)
Я п?
и 5§
о 9
«и 2
я °
та у
Г-Н
ю
CS
СО
00
оо
сч
1
1
52
О ! 1
і
|
О ! О
[
;
і g
О I D
і ч
! а
СО О
>-0 ! СЛ
сч 1
1
5S 1
г—«
^f tC
h~ о
Г- CN
¦^ СО*
!
О
О)
ю
о»
со
ю
я
us
а»
Я
ЬЙ
и
Я
та
S
о
я
<и
а
- та
So
Си .
та Я
и н
ОС О
хЭ
g а а.
CQ
00
со
я
и
с
еі
O.S
И
1
0=
« 3
?:5
а. а.
^ та
°§
я о
та
м о*
ЯЙЙ
я
а,
ОО
1—4
' СО і
ел
N-
1
I
со
о
о
00
t^
Ю
00
1
я
о.
03
3 я
м я
Я м
«и "*
Й о
S
та
я
я
*
та
я
и
я
S g
re О
Я
Ё.«
<
CS
00
со
со
00
(М
QO
СМ
о
о
о
го
СО
СО
^п
"5
СО
00
о
> •
О Си
Ч «О
о я
я « 5
я *
-*• 2 ж
я to «
CJ Л wo
Ун >-.
Sssa
J^ZSd;
-і.
и,
о
•=1 (J
Сь та я
га as
та О С
Я сх/Г
я с-^
^ S і:
S 2
3 ¦¦
а

органических веществ. Восстановление нитратов может
происходит, например, под действием сульфидов (H2S, FeSa и др.).
Лишь в таких исключительных случаях, которые должны быть
проанализированы особо, аммиак и азотистая кислота не будут
являться показателями близкого загрязнения и присутствие их в
небольшом количестве — не более 0,2—0,3 яг на 1 л может быть
допущено в водах для питьевого водоснабжения.
Другим признаком органического загрязнения вод является
повышенная окисляемость. В чистых подземных водах окисляемость
колеблется в пределах 1—4 яг кислорода на 1 лу и в менее чистых
водах повышается до 10 мг кислорода на 1 л. Более высокая
окисляемость может быть показателем значительного загрязнения воды.
Однако и природные незагрязненные воды могут иногда
обладать повышенной окисляемостью. Например, воды болотные
содержат много гуминовых веществ могут обладать очень высокой
окисляемостью, тем не менее эти воды (не являются загрязненными.
Важным показателем загрязнения в некоторых случаях может
быть повышенное содержание хлоридов. Однако хлор-ион может
быть показателем загрязнения лишь в водах
маломинерализованных, в которых природное содержание хлора не высоко. В водах
же более высокоминерализованных, содержащих уже в природных
условиях много хлористых солей, хлор не может служить
индикатором для суждения о загрязнении воды, и допустимые нормы
содержания его могут быть повышены до пределов, при которых присутствие
хлоридов (NaCl) начинает существенно ощущаться на вкуе, делая
воду соленой, что примерно становится заметным при содержании
хлора, начиная с 300 мг/л. Среди показателей загрязнения воды
может быть отмечен также сероводород, происхождение которого
в воде часто связано с разложением белковых веществ,
содержащих серу. Однако сероводород нередко присутствует в
незагрязненных природных подземных водах, являясь продуктом широко
распространенных химических и биохимических процессов
(процессы восстановления сульфатов углеводородами и десульфиру-
ющими бактериями). Независимо от происхождения
сероводорода присутствие его вообще не допустимо* в питьевой воде, так
как он придает ей дурной запах и ядовит. При небольшом
содержании сероводорода вода при стоянии на воздухе через некоторое
время освобождается от него.
В деле санитарной оценки источника водоснабжения имеют
значение не только рассмотренные показатели загрязнения, но и
содержание других соединений, концентрация которых, как и общая
минерализация воды, при загрязнении заметно повышается
сравнительно с естественным составом воды. Сказанное совершенно
четко подтверждает мысль, что санитарная оценка источника
водоснабжения не может быть серьезно обоснована единичным
химическим анализом воды, а требует знания природного состава
вод изучаемого источника и достаточно ясного представления ф
происхождении основных элементов, входящих в состав
изучаемых вод. В случае подозрений в отношении загрязнения вод сле-
J38

дует взять пробы на анализ не только в месте намечаемых
водозаборов, но и в других пунктах, которые можно считать
предохраненными от проникновения загрязненных вод. В таких случаях
необходима также постановка повторных анализов, дающих
материал для выяснения гидрохимического режима подземных вод.
В числе веществ, определяемых при химическом анализе воды,
с точки зрения оценки качества ее для хозяйственных целей,
необходимо особенно выделить соли Са и Mg, которые
обусловливают жесткость воды.
Наиболее приемлемы для водоснабжения воды с жесткостью
12—15 немецких градусов, однако в случае повышенной природной
минерализации воды по необходимости приходится допускать
жесткость до 30, а в исключительных случаях и еще несколько выше
(по норме Буткевича до 60).
Вместе с этим надо напомнить, что и чрезмерно мягкие и
маломинерализованные воды тоже нежелательны и даже иногда вредны
для человеческого организма. Например, на Крайнем Севере
в Европейской части СССР иногда встречаются воды с
жесткостью < Г и общей минерализацией менее 50 мг на 1 л; к тому же
почти лишенные кальция. Соединения железа и марганца тоже
являются вредными с хозяйственной точки зрения, и содержание
их в воде не должно превышать 0,1 мг на 1 л.
Большое значение для оценки качества источника
водоснабжения имеют бактериологические исследования, которые особенно
важны, когда химические анализы не дают четкого ответа в
отношении возможности загрязнения источника водоснабжения и
проникновения в него патогенных бактерий.
Существуют три вида бактериологических исследований воды:
1) исследование на патогенные бактерии, 2) определение общего
числа бактерий в 1 см? воды и 3) определение титра кишечной
палочки (колититра).
Наиболее принято определение колититра, т. е. количества
кубических сантиметров воды, содержащих одну бактерию
(Escherichia coli).
Определение колититра дает вполне определенное указание на
фекальное загрязнение и на возможность проникновения в
исследуемый источник воды вместе с бактериями группы кишечной
палочки и возбудителей инфекционных заболеваний.
Титр кишечной палочки в воде, вполне надежной в санитарном
отношении, должно быть не ниже 100.
Другие указанные выше виды бактериологических анализов
имеют меньшее применение в практике исследования источников
водоснабжения.
Определение общего числа бактерий может рекомендоваться
лишь для общей ориентировки в деле санитарной оценки качества
воды.
Непосредственное определение патогенных бактерий в воде
имеет большое значение, но очень редко дает положительные
результаты. Отрицательные же результаты данного вида бактерио-
m

логических исследований тоже не всегда дают четкий ответ на
вопрос об отсутствии тех или иных патогенных бактерий.
Определение тифозных, паратифозных и дизентерийных
бактерий ввиду несовершенства методов исследования не имеет
практического значения, и о возможности заражения этими
возбудителями водоисточников рекомендуется судить по показателям
фекального загрязнения и в особенности по титру кишечной палочки.
Легче удастся исследование воды на холерные вибрионы,
определение которых в период холерных эпидемий должно иметь
важное значение.
Результаты физико-химических анализов наиболее рационально
могут быть использованы для санитарной оценки источника
водоснабжения лишь в сочетании с всесторонним изучением
санитарных условий и гидрогеологии местности.
Особенно важно при этом учесть нахождение в районе
источников загрязнения и вообще санитарное состояние местности в
области питания подземных вод, если эти области находятся
поблизости от мест водозаборных сооружений.
Необходимо обратить внимание на характер покрывающих
водоносный горизонт пород и на глубину залегания подземных вод,
например, артезианские воды и даже относительно неглубокие
межпластовые воды, изолированные сверху достаточно мощными
непроницаемыми слоями, принято считать вполне Надежными в
санитарном отношении. Грунтовые же воды, не имеющие сплошной
непроницаемой кровли, считаются не защищенными от
проникновения сверху загрязненных вод.
При оценке санитарной благонадежности открытых водоносных
горизонтов надо внимательно учесть глубину их залегания и
состав покрывающих пород. Пески и песчано-глинисные породы
обладают естественной способностью очищать фильтрующую через
Них с поверхности воду. Трещиноватые же породы, закарстован-
ные известняки и доломиты и некоторые грубообломочные породы
(галечники) такой способностью не обладают или обладают в
малой степени.
§ 38. Оценка качества воды для технических целей и
промышленности
При оценке источников водоснабжения должны учитываться,
как уже было сказано, также требования к воде для технических
целей и промышленности, но особое значение последние
требования имеют при оценке водоисточников специального назначения,
например, для водоснабжения железнодорожных станций, где
основным назначением воды, помимо питьевого, является питание
паровых котлов паровозов, для водоснабжения промышленных
предприятий.
При оценке воды для промышленности надо учитывать
требования, которые предъявляют к воде те или иные производства.
Очень важное значение почти во всех отраслях промышленности,
140

как и в хозяйстве (в прачечных и банях) имеет жесткость воды.
Жесткие воды непригодны для применения в текстильной
промышленности, в дубильном производстве, в клееварной, сахарной и
крахмальной промышленности.
Жесткость имеет большое значение для воды, применяемой в
паровых котлах, для которых оценка качества воды будет ниже
разобрана особо.
Оценка жесткости воды для технических целей,
промышленности и для водоснабжения наиболее полно основывается на
определении содержания ряда элементов: кальция, магния, алюминия,
железа, концентрации свободных водородных ионов (рН),
свободной углекислоты, ионов С03 и НС03. Практически однако, в
большинстве случаев достаточно определение Са и Mg для оценки
общей жесткости и дополнительно НС03 и SO* для оценки
постоянной жесткости. Кроме того, жесткость может быть
охарактеризована также по мылопоглощающей способности, т. е. способности
жесткой воды связывать олеиновую кислоту кальцием с
образованием нерастворимого остатка по следующей реакции:
2NaC02C17H33 + CaS04 = Са < С02С17Н33)., + Na2S04
мыло нерастворимый осалок
Пока не будут удалены из раствора все вещества,
связывающие олеиновую кислоту, мыльная эмульсия (пена) не образуется.
Следовательно, жесткая вода требует затраты некоторого
количества мыла, поглощаемого водой непроизводительно на
связывание веществ, обусловливающих жесткость. Для определения
мылопоглощающей способности воды служит следующая формула:
S = 264+1200 (rFe- + rAl- -f-rCi" + rMg
где S—вес мыла в граммах, поглощаемого одним куб ме 11 ом
воды,
rFe", гА1"\ гСа" и т. д.—содержание в
миллиграмм-эквивалентах ионов на 1 .// волы.
Жесткие воды для применения их в паровых котлах и в
некоторых отраслях промышленности подвергаются химической обработке
для смягчения, для чего служит наиболее распространенный в
практике содо-известковый способ Томаса-Кларка. В этом способе
смягчающими реагентами являются гашеная известь Са(ОН)з и
кальцинированная сода Na2C03.
Действие гашеной извести заключается в том, что она
переводит в нерастворимое состояние бикарбонаты кальция и магния и
связывает свободную углекислоту:
Са(НСО;,)2 + СаО = 2СаСОя + Н20
в ^асгворо в осадка
СО, + СаО = СаСО|
141

Безводная сода взаимодействует с сульфатами кальдия и
магния, переводя их в нерастворимые карбонаты:
CaSOt -f Na2C03 = СаС03 + NasSO,;
MgSO< + Na2CO, = MgCO, + Na2SO<.
Количество потребной гашеной извести и соды определяется
по формулам:
СаО = 31,2 (rF" + rAl- + rMg" + rH- + rHCO'1 + 0,0454CO,) (1)
Na2COs = 5,58 (rFe- + гАГ" + rCa" + rMg" + rH1 — rC03" —
- гНСО,'), (2)
где СаО и Na2C08 — выражают потребное количество реагентов
в г\м% воды (сода применяется 95-процентная, а известь 90-
процентная), ,
rFe", rAl1", rMg"—определенные анализом
миллиграмм-эквиваленты соответствующих ионов.
С02—количество свободной углекислоты.
Приведенные выше формулы могут применяться в несколько
упрощенном виде:
СаО = 31,2 (rMg-'+rHCO/f 0,045^ С02);
NaaC03 = 5,58 (rCa" + rMg" - rCO/ - гНСО/).
Оценка качества воды для паровых котлоз основывается на
выяснении трех явлений, имеющих важное значение для работы
котлов: накипеобразование, пенообразование и коррозия стенок котла.
Накипь на стенках паровых котлов образуется вследствие
выпадения из воды ряда соединений: АЪОя, ГеЮя, Mg(OH)2, СаО,
СаСОз, CaSO*, CaSiCb, MgSiOs.
Слой накипи, отлагающийся на стенках котла, вследствие
своей малой теплопроводности понижает коэфициент полезного
действия котла, что может вести к перегреву стенок котла и
прогару металла и вызвать опасные аварии—взрывы паровых котлов.
Расход топлива с образованием накипи увеличивается примерно
на каждый миллиметр накипи на 1,5—2%.
Накипеобразование количественно характеризуется общим весом
котельных осадков, а также характером осадка, который может
быть в виде твердого котельного камня или в виде мягкого шламма.
Для определения количества накипи, которую может дать
исследуемая вода, применяются формулы Стэблера, перечисленные
на метрические меры Н. Н. Славяновьш.
Общий вес накипи определяется по формуле:
H0 = S-\-C + 36rFe" + 17rAl- + 20rMg- + 59rCa",
где Н0—общий вес накипи в г\мь
S—вес взвешенных веществ воды в мг\л,
С—вес коллоидов (Si02+А12Оз-гРе203)в лаг/л,
J 42

rFe" гА1—, rMg", гСа"—содержание ионов Fe, Al3 Mg, Са в мг-
экв\л.
Вес твердого котельного камня определяется по другой
формуле Стэблера:
Hh = SiOa + 20rMg'• + 68 (rCl' + rSO/ - rNa' - rK')
где Hh—вес твердого котельного камня в г\мъ воды,
Si02—содержание кремнекислоты в мг/л,
rMg", гСГ и др.—содержание ионов, входящих в формулу, вмг-
экв./л.
Выражение в скобках не должно быть отрицательным, и
если оно получается _таким, то приравнивается к нулю.
По величине общегоЗвеса котельных осадков и по отношению
Kh~Hh: Н0 воды получают следующую характеристику:
а) по величине Н0:
Н0<С 125—воды с очень малым осадком
250 > Н0 > 125 „ малым
500>Яо>250 „ большим „
HQ > 500 „ очень большим й
б) По величине Kh\
/(л<< 0,25—воды с мягким осадком
0,5 >/(ft > 0,25 „ средним
Kh > 0,5 „ твердым
Вспенивание воды представляет собой явление образования
устойчивой пены на поверхности водьі при кипении. Явление это
сопровождается «бросанием» воды и сильным колебанием ее
уровня, что создает неравномерность и порывистость процесса
парообразования и вообще неспокойный характер работы
парового котла.
Считают, что причиной пенообразования является создание на
поверхности воды пленки с повышенной концентрацией хорошо
растворимых солей натрия и калия.
Поэтому воду для паровых котлов в отношении вспенивания
принято оценивать по содержанию солей натрия и калия, для чего
служит формула Стэблера:
F = 62rNa' + 78rK\
где F—коэфициент вспенивания,
При ^^бО вода считается невспенивающийся,
При F = 60—200 воды полувспенивающйеся,
При /7>200 вода вспенивающаяся.
В локомотивных котлах вода первого типа меняется один раз
в неделю, вода второго типа — три раза в неделю, вода третьего
типа — чаще чем через 2 дня.
из

Коррозия стенок паровых котлов происходит главным образом
под влиянием свободных водородных ионов, присутствующих
в воде или образующихся в результате гидролиза солей слабых
оснований при высоких температурах воды в котле. Разъедающими
агентами являются также растворимые в воде газы: кислород,
углекислота, сероводород.
Количественная характеристика коррозирующей способности
воды дается по коэфициенту коррозии Стэблера. Последний имеет
следующее выражение:
1) для кислых вод= 1,0U8 (гН* -j- rAl" -j- rFe" + rMg" —
-rC03"-rHC03')-
2) для щелочных вод Kk= 1,008 (rMg-" — гНСХУ).
Стэблер по величине Кк дает следующее подразделение
типов вод:
1) если АГл>0 —вода коррозирующая,
2) если Kk<i$ и при этом /СА+ 1,008гСа">0 — вода
полукоррозирующая,
3) если АГА+ 1,008гСа'*<0 — вода некоррозирующая.
Исходя из рассмотренных выше характеристик воды для
парового хозяйства, мы должны обратить внимание при исследовании
воды для этой цели на следующие свойства.
Прежде всего надо отметить необходимость количественного
определения в виде ряда элементов, входящих в приведенные выше
формулы. Особенное значение имеют для оценки накипеобразова-
ния элементы, обусловливающие жесткость, причем должно быть
обращено особое внимание на постоянную жесткость, которая
обусловливает образование твердых накипей. В этом отношении
важно также определение кремнекислоты, присутствие которой
в воде для паровых котлов нежелательно.
С точки зрения оценки коррозии важно определение концентрации
водородных ионов (рН), так как кислые-воды обладают явно
выраженной коррозирующей способностью по отношению к железу.
Доктор Клют для оценки качества воды для паровых котлов
рекомендует руководствоваться следующими требованиями.
Вода для паровых котлов должна обладать следующими
свойствами:
1. Щелочная реакция с лакмусовой бумагой,
2. Содержание N205 менее 50 мг\лу
„ С1 менее 200 мгіл,
3. Органических веществ менее 30 мг КМп04,
4. Содержание CaS04 и Si02 незначительно, так как
образуется камнеобразная накипь,
5. Сухой остаток не более 300 мг\л,
6. Отсутствие агрессивной С02,
7. Содержание растворенного 02 менее 5 мгіл,
8. Жесткость для легко очищаемых котлов менее 8°,
для трудно очищаемых в „ 5°,
Более жесткие воды требуют смягчения.
144

§ 39. Оценка агрессивности подземных вод по отношению
к железу и бетону
Особое место в деле оценки качества подземных вод занимает
оценка их агрессивности по отношению к некоторым
строительным материалам и в особенности к бетону и железу. В частности
для целей водоснабжения эта оценка очень важна для выяснения
условий работы каптажных бетонных сооружений и обсадных
железных труб в буровых колодцах.
Относительно коррозирующего действия воды на железо мы
уже говорили в рассмотрении вопросов оценки воды для паровых
котлов. Многие высказанные там суждения об агрессивных
свойствах воды по отношению к железным стенкам паровых котлов
применимы и к железным обсадным трубам.
Опыт показывает, что некоторые типы подземных вод
разрушающе действуют на железные трубы. Сюда относятся воды,
содержащие свободный кислород, сереводород, минеральные
углекислые воды.
Резкое проявление агрессивности мы отмечаем в кислых
рудничных водах, содержащих свободную серную кислоту или
сульфаты меди и других тяжелых металлов. Обсадные железные трубы
в этих водах разрушаются в течение иногда всего лишь
нескольких месяцев. Требуется обязательно защита железных обсадных
труб от действия этого рода воды или применение труб из
кислотоупорной стали.
Грунтовые воды часто оказываются агрессивными по
отношению к железу и разрушают с течением времени железные
обсадные трубы.
Воды сероводородные и углекислые по отношению к железу
обладают очень высокой агрессивностью, и для каптажа их
железные трубы не пригодны. Применяют для углекислых вод
чугунные трубы, для сероводородных вод — особые асбоцементные
трубы.
Агрессивное действие воды на бетон имеет значение не только
для каптажных сооружений, но и вообще для всяких бетонных
сооружений, находящихся постоянно или временно ниже уровня
воды. Разрушающее действие воды на бетон проявляется главным
образом в виде: а) кристаллизации в бетоне новых соединений,
образование которых сопровождается увеличением объема, что
влечет за собой ослабление бетона или • даже разрушение его, и
б) в виде процесса выщелачивания из бетона некоторых его
составных частей, Е той или иной мере растворимых в воде.
В числе проявлений первого процесса прежде всего должно
быть отмечено образование в порах бетона сернокислых
соединений и в особенности гипса, а также сульфат-алюмината кальция,
представляющего двойную соль (соль Деваля).
Кристаллизация этой соли сопровождается увеличением объема
г 2,5 раза, что ведет обычно к разрушению бетона. На воздухе
указанная соль разлагается и превращается, по словам Ф. Ф. Лап-
30 Каменский
145

тева, в «бесформенную массу, состоящую из смеси гипса,
карбоната кальция и глинозема» [53].
Переход CaSO,, MgCO:, и А1,0.; в сернокислые соединения
по данным, приведенным в книге Ф. Ф. Лаптева, сопровождается
следующим увеличением объема в процентах к первоначальному
объему:
при перерасходе CaS04 в CaS04 • 2Н20 на 100%
MgS04 в MgS04- 7Н,0 „ 430%
AU03 в AIa(S04)« ¦ 18Н20 „ 1400%
О количественной оценке влияния сульфатов на агрессивность
воды более подробно будет сказано ниже, здесь :.: г скажем, что на
основании практического опыта принято считать, что при
содержании SO* более 250 мг на 1 л вода мо>г:г быть опасной для
бетона.
Для выяснения вопроса о растворяющем действии воды на
бетон приведем сначала некоторые сведения о цементе как основной
составной части бетона.
Наиболее известными видами цементов, применяемых в
строительстве, являются: романский, портландский и пуццолановый,
различающиеся по способу производства и по составу. Романский
цемент изготовляется путем обжига (при температуре 900—1000°)
мергелей и тонкого помола получаемого материала. Портландский
цемент является продуктом тонкого помола клинкера, получаемого
обжигом до спекания смеси известняка и глины или известковистых
мергелей. Пуццолановый портланд-цемент получается путем
совместного помола портландцементного клинкера и гидравлических
добавок: трасс, трепела, диатомита и других.
Гидротехнические цементы представляют собой
гидравлические вяжущие (отличающиеся особой плотностью и
твердеющие под водой), изготовляемые из портланд-цемента с примесью
различных добавок: песка, трепела.
В результате твердения цемента образуются следующие
соединения, обусловливающие связность получаемого продукта (бетона):
CaO-Si02 -2Ч2гШ, Са(ОН), 4СаО ¦ А1,Оя * 12И20.
В этих соединениях важное место занимает известь. Приведем
следующие данные о среднем составе цементов:
Виды цемента
Романский цемент
Портландский цемент
Пуццолан
Содержание в °/
СаО
55
G4
8—10
А120;.
10
7
10-15
о
sio2
30
21
45
46

С точки зрения агрессивного действия воды важно обратить
внимание на значительное содержание извести во всех цементах,
за исключением пуццоланового.
Присутствующий в цементе гидрат окиси кальция под
действием углекислоты воздуха обычно превращается в карбонат
кальция, который образует на поверхности бетонного сооружения
защитную корку, не позволяющую воде проникать в толщу бетона и
предохраняющую бетон от агрессии. Однако вода, содержащая
некоторый избыток свободной углекислоты, способна растворять
углекислый кальций с образованием двууглекислой соли, что и
представляет собой первый вид агрессии воды. Растворение защитной
карбонатной корки влечет за собой более глубокое проникновение
веды в толщу бетона и дальнейшее его разрушение вследствие
развития процессов выщелачивания и кристаллизации новых сульфо-
солей.
Растворяющая способность воды по отношению к СаС03
определяется прежде всего содержанием в воде так называемой
агрессивной углекислоты, понятие о которой выясняется из
нижеследующего рассмотрения условий равновесия между водой,
содержащей свободную С02, и углекислой известью.
В природных водах углекислота находится в следующих
формах:
1) м виде свободной углекислоты, т. е. в виде газа,
растворенного п иоде,
2) и виде ионов НСОд, входящих в состав двууглекислых
солен,
3) в виде ионов ССЬ, входящих в состав средних углекислых
солей или карбонатов (например Ыа2СОз).
Обычно в природных водах присутствуют одновременно и
свободная СО2 и ионы НС03. Ионы СО;/' в присутствии свободной
СО* не могут быть в заметных количествах, так как реагируют с
углекислотой, образуя ионы НС03.
Углекислота в виде иона СОз называется связанной, а в виде
иона НСОз — полусвязанной, так как в бикарбонатах связанной
является лишь половина углекислоты.
При растворении углекислого кальция в поде, содержащей
свободную углекислоту, лишь часть последней идет на образование
бикарбонатиых ионов, часть же остается в растворе в виде так
называемой равновесной углекислоты. Равновесной называется та
свободная С02, которая должна находиться в воде в присутствии
растворенного бикарбоната кальция, чтобы удержать последний в
растворе.
Содержание равновесной углекислоты определяется
уравнением Ауэрбаха:
своб. С03=-= —7^-т—=
Определяемая этим уравнением свободная углекислота не
может растворить новых порций углекислого кальция. Если же в

воле имеется избыток свободной углекислоты, сверх равновесной
(определяемой предыдущим уравнением), то эта углекислота будет
способна перевести в раствор новые порции СаССЬ. Та часть
углекислоты, которая при этом способна перейти в бикарбонат
кальция, переводя его в раствор, и называется «агрессивной».
Агрессивная углекислота может быть определена по
содержанию в воде свободной и связанной углекислоты с помощью
таблиц (см. табл. 12) или по графику Тильманса и Геблейна (рис.39).
200
.8
i
?
150
100
50
\
¦¦"
'
I
_
і
і
—
¦—-
х*»^
-—
А
с\
і
¦"
г—
/
* I.
і
¦¦---
і
I
I
і
___,
ч
J
ГЦ
/
/
/
/
и
\Z
7
г
I
A
/
{
•
/
/
1
J
I
i
I
f
AC=CD=2?J
4AD=lADC*45°
1
/
f
-
1
|
0 0 W kQ 60 80 WO ПО ?0 160 WO ZOO
¦ Сбязаттё углекислота в мг на !л
Рис. 39. Эмпирическая кривая для определения
агрессивной углекислоты (по Тильмансу
и Геблейну).
Последние дают содержание равновесной углекислоты в
зависимости от количества находящейся в растворе связанной С02,
равной общему количеству С02, содержащейся в ионах С03, и
половине С02, содержащейся в ионах НС03. График Тильманса и
Геблейна представляет собой кривую, ординаты которой
изображают равновесную С02, а абсциссы — связанную СОо.
Для определения агрессивной С02 на графике строят точку А,
ордината и абсцисса которой равны содержаниям свободной и
связанной С02 в исследуемой воде.
Если эта точка оказывается не выше кривой Тильманса и
Геблейна, то агрессивной углекислоты нет, если же выше, то
агрессивная углекислота есть. Для нахождения последней на кривой
находят такую точку D, для которой сумма абсциссы и ординаты.
143

т. е. сумма связанной и свободной С02, осталась бы равной той
же сумме для точки А. Переход точки А в D изображает процесс
растворения новой порции углекислого кальция и перехода
агрессивной углекислоты в связанную. Для построения точки D надо из
точки А провести линию AI) иод углом в 45° и построить на
этой линии прямоугольный треугольник ACD. Катет CD этого
треугольника представит агрессивную углекислоту исследуемой
воды.
Таблица 12
Таблица для определения агрессивной углекислоты
Связанная
СО-з
мг /л
5,05
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30,0
32,5
35
37,5
40
42.5
45,0
47,5
50.0
52,5
55
57,5
60.0
62.5
65,0
67.5
70,0
72 5
0
0,25
0,4
0,5
0,6
0,75
0,9
1,0
1,2
1.4
1,6
1,85
2,1
2.4
2.7
3,0
3,5
3,9
4,25
4,8
5,25
6.0
6,75
Н.З
Списанная
мг',л
Свободная
С02
мгіл
75
77,5
80,0
82,5
85,0
87.5
90,0
92,5
95,0
97,5
100,0
102,5
105
107,5
ПО
112,5
115
117,5
120
122,5
125
127,5
130
132,5
Связанная
со2
мгіл
35
9,25
10,4
11,5
12,8
14,1
15,6
17,2
19
20,75
22,75
25
27,3
29,5
32.3
35
37,8
40,75
43.8
47
50,2
54
57,4
61
М,7
68.5
137,5
140
142,5
145
147,5
150
152,5
155
157,5
160
162,5
165
167,5
170
172,5
175
177,5
180
182,5
185
187,5
190
192,5
195
200
Свободная
мг/л
72,3
76,4
80,5
85
89,1
93,5
98
103
107,5
112,5
117,5
122,5
127,6
132,9
138
143,8
149,1
154,5
160
165,5
171
176,6
182,3
188
199,5
По' таблице Тильманса определение агрессивной углекислоты
производится подбором, учитывая, что после перехода
агрессивной углекислоты в связанную в воде будет равновесная
углекислота и связанная, сумма которых будет равна первоначальному
содержанию свободной и связанной углекислоты. Поэтому в таблице
находят такое значение связанной углекислоты (большее, чем в
исследуемой воде), которое вместе с соответствующим по таблице
количеством равновесной С02 было бы равно сумме свободной и
связанной углекислоты в исследуемой воде. Тогда, вычитая из
количества связанной углекислоты, найденное в таблице, данное
количество связанной углекислоты в исследуемой воде, получим
величину агрессивной углекислоты.
149

Например, анализом определено в воде связанной
углекислоты 100 мг/л, а свободной — 60 мг/л. Находим в таблице строку,
где сумма связанной углекислоты (117,5) и равновесной (43,8)
приблизительно равна 160. Вычитая из 117,5 данное количество
связанной С02 100 получим количество агрессивной С02) равное
17,5 мгіл.
Другой способ определения агрессивной углекислоты основан
на испытании исследуемой воды порошком мрамора по способу
Гейера. Для этого испытуемая вода наливается в склянку
емкостью 250 см3, определив предварительно в ней содержание
связанной углекислоты титрованием децинормальной соляной
кислотой.
В склянку с водой всыпают 2 г порошка мрамора, сильно
взбалтывают и дают стоять шесть-семЬ дней, повторяя частое
взбалтывание. После этого отфильтровав 100 см? воды, титруют ее
децшюрмальным раствором соляной кислоты с метилоранжем в
качестве индикатора.
По разности результатов титрования до и после взаимодействия
воды с порошком мрамора определяется количество углекислого
кальция, перешедшего в раствор, а по нему — соответствующее
количество агрессивной углекислоты.
Вопрос о непосредственной оценке степени агрессивности
воды по выше приведенным определениям агрессивной
углекислоты разработан еще слабо. Разрушающее действие воды зависит
не только от содержания агрессивной углекислоты, но и от ее
режима. Находящиеся в состоянии движения воды оказывают более
интенсивное воздействие на бетонные сооружения; воды же,
находящиеся в покое, менее агрессивны.
В практике отмечаются случаи разрушения бетонных сооруже-
жений при очень малом содержании агрессивной С02.
Рождественский приводит ряд таких случаев [94] из
заграничной практики.
«Резервуар насосной станции в г. Франкфурте разрушен
мягкой водой, содержащей 30 мг/л свободной С02».
«Гартман приводит пример разрушения бетона водой,
содержащей всего 2,8 мг/л агрессивной С02».
Приведенные выше график и таблица Тильманса показывают,
что агрессивность воды в сильной степени зависит от содержания
растворенного в воде углекислого кальция. Мягкие воды особенно
агрессивны. На агрессивность влияют также и другие
растворенные в воде вещества, что учитывается, по проф. Орлову,
величиной «ионной насыщенности» воды,. определяемой по формуле:
где 2«, zb, zf—валентности ионов,
а, Ь, с—концентрации ионов в граммомолекулах (молях)
150

Пример:
Анализ воды
название
иона
СГ
so4"
НС03'
Са-
Mg»
Na-
содержание
иона в мг\л
14,2
114,6
427
132,2
33,6
10,2

Молекулярный (атом-
ныи) вес
35,5
96,0
61,0
40,07
24,32
23,0
Граммомо-
лекул
(в литре;
0,0004
0,0012
0,0070
0,0033
0,0014
0,0004

Валентность
1
о
1
2
2
1
Произведя вычисления по формуле, получим у = 0,015.
Ионная насыщенность влияет на активность ионов,
участвующих в процессах растворения карбоната кальция. Проф. Орлов
указывает, что повышение ионной насыщенности раствора «делает
более активными присутствующие ионы водорода и свободную
углекислоту» [1].
«Обычно [а не превышает 0,02; при :«- более 0,1 агрессивное
действие свободной углекислоты и водородных ионов значительно
повышено».
Длл количественной оценки агрессивности вод проф. Орлов,
основываясь на связи между агрессивностью воды и
концентрацией водородных ионов, предлагает вычислять агрессивную часть
водородных ионов по формуле:
[Н'].гр = [Н-]- 18,47 .Ю-"яа,
где а—концентрация ионов НСО/ в миллимолях на литр,
[Н']— общая концентрация водородных ионов,
[Н']агр—концентрация агрессивных водородных ионов.
За меру агрессивности практически принимается отрицательный
десятичный логарифм величины [Н]агр , обозначаемый рН.
Воды, у которых рНагр более 7,8 могут считаться практически
не агрессивными по отношению к бетону. Воды, имеющие рНагр
менее, 7,8, будут агрессивными.
В проекте «Норм состава природных вод, применяемых для
затворения бетона и служащих средой бетона», одобренном
конференцией по коррозии бетона при отделении технических наук
Академии наук СССР (1936 г.) приводятся следующие данные:
Вода, как среда для бетона.
1. Для плотных бетонов на портланд-цементе устанавливаются
следующие допускаемые нормы примесей, при отклонении от
которых вода должна считаться агрессивной:
а) вода при временной жесткости до 24 немецких градусов с рН,
меньшим 7Д и при жесткости евыше 24° с рН, меньшим 6,7 (при больших
водородных показателях оценка воды производится в соответствии с нормами,
указанными ниже);
б) вода, имеющая временную жесткость менее 6е;
151

в) вода, содержащая сравнительно чистые растворы гипса, с содержанием
S04 более 250 мг/л и Na + Mg менее 60 мг/л;
г) вода, содержащая свободную углекислоту (определенную методом
титрования воды раствором едкого натра и фенол-фталеином в качестве
индикатора) в количестве, большем приведенного в таблице.
Предельная цифра таблицы (свободной ССЬ в мг.л) берется с учетом
временной жесткости воды и содержания в ней сульфатов и хлоридов. Содержание
последних берется как сумма имеющегося количества.
Приведем предельные содержания свободной СОо (в мг/л) в
зависимости от жесткости воды.
Жесткость в немецких
градусах
Сумма S04"-!-Cl'
менее
300 мгіл
от 300 до
. 600 мг/л
от 600 до
1000 мг\д
6—12
12-16
16-20
20—24
24—30
і
20
1 40
70
! по
; 150
18 1
39
62 !
90
120 |
і
15
34
55
80
100
Примечание. 1. При содержании в воде MgO в количестве, большем
половины содержания СаО, предельнее цифры для свободной С02 берутся
в том же столбце, но строчкой выше тол, которая соответствует данной
жесткости воды.
§ 40. іиш^лимических анализов воды, применяемых я
различных стадияЗГТадрбгеоЗГогического исследования
В заключение кратко остановимся на типах анализов,
требуемых для получения необходимых данных в целях оценки качества
подземных вод. Для организации исследовательских работ удобно
подразделять анализы на три типа.
1. Полевые анализы для массового опробования качества-воды
в процессе полевых съемочных и поисково-разведочных работ, со
следующими определениями: количественное определение Сі',
ИСО/; приблизительное определение SO/, жесткости,
качественное определение азотный кислоты, азотистой кислоты, аммиака,
определение физических свойств (цвет, прозрачность, вкус,
запах, температура и проч.).
2. Сокращенный санитарно-технический анализ в лаборатории
(полевой или стационарной) с количественными определениями
сухого остатка, окисляемости, рН (колориметрически, по Михаэ-
ілису), CI', SO/, НСО-/, Са", Mg", свободной С02, качествен-
• ными определениями N20:), N203l NH3, H2S.
i 3. Полный анализ в стационарной лаборатории с количествен-
[ ными определениями сухого остатка, прокаленного остатка,
! окисляемости, рН (электрометрически), свободной С02
агрессивной СО* (по Гейеру), Si02, Na\ К\ Са~, Mg", Fe", Fe"', A1-,
Miv\ NaaOB. Na08l NH/, H2S.
На месте должны выполняться следующие определения
физических свойств: температура, вкус, запах, прозрачность, цвет, оп-

ределяемые более точно с получением соответствующих числовых
показателей.
Содержание анализов различного типа должно быть учтено при
организации гидрогеологических исследований, ибо надо
предусмотреть соответствующее оборудование для полевых съемочных
и разведочных партий (полевые лаборатории) и отбор проб воды
на анализ в стационарных лабораториях.
§ 41. Определение количества потребной воды для
водоснабжения
Количество потребной воды для водоснабжения городов и
других населенных мест определяется в зависимости от количества
населения, а для промышленных предприятий, кроме того, в
зависимости от размера и рода промышленности, для сельских
местностей в зависимости от населения, от числа голов скота и других
сельскохозяйственных надобностей. Особую задачу составляет
определение размеров водопотребления для войск различного рода
оружия.
При определении потребности в воде для населенных мест
надо учитывать не только наличное на данный момент население, но
и возможный прирост последнего, так как водопроводы
проектируются на длительный срок эксплоатации.
Расчетное количество народонаселения возможно установить по
формуле:
N = aN{
принимая для городов со слабо развитой промышленностью
а = 1,4—1,6, а для городов с сильно развитой промышленностью
а - 2,0—2,5.
Средний суточный расход воды на одного жителя, или так
называемый средний душевой расход воды, колеблется для
различных городов и населенных пунктов в широких пределах.
К среднему душевому расходу относятся все виды потребления
воды в городе, за исключением расхода на крупную
промышленность.
Нормы водопотребления определяются в зависимости от
состояния оборудования водопровода. В настоящее время
принимаются следующие средние нормы общего расхода на человека (с
коммунальными расходами):
[) при наличии канализации и домовых ответвлений 120
л/с утки,
2) без канализации, но с домовыми ответвлениями 100 я/сутки,
3) без канализации с колонковым водоразбором 60—70 л/сутки,
Фактическое потребление отклоняется иногда значительно от
приведенных норм как в сторону уменьшения, так и превышения,
что определяется местными условиями, которые также надлежит
учитывать при расчете водопотребления.
Приведем данные водопотребления для некоторых крупных
городов Европы и Америки:
153

Наименование j Расход на 1 чел
города | л/сутки
Краков
Амстердам
Стокгольм
Берлин
31
58
97
147
Наименование
города
Лондон
Неаполь
Париж
Рим
Расход на 1 чел
л/сутки
170
200
370
1000
Расход воды в различных отраслях промышленности весьма
разнообразен, и в каждом отдельном случае определяется
характером производственных процессов, аппаратурой, машинным и
другим оборудованием. Сказанное иллюстрируется следующими
примерами промышленного водопотребленйя:
1. Бумажные фабрики на 1 кг выработанннй
бумаги расходуют 400— 800 л
2. Сахарные заводы на переработку 100 ?сг
свеклы расходуют 1800 л
3. Стекольные заводы на 1 т стекла 20000 л
4. Текстильные фабрики их 1 м хлопчато-бу-
мажной ткани 28—50 л
5. Пивоваренные заводы на 100 кг пива .... 500—800 л
6. Металлургические заводы на 1 ж чугуна при
чисто паросиловом хозяйстве (по
американским нормам) по цехам:
доменный, мартеновский и прокатный .... 37700 л
энергетическое хозяйство (силовая станция) . 76 000 „
коксовый цех . . около 10 000 „
воздуходувки и газоочистки 48 000 .
В наставлении по полевому водоснабжению войск Красной
Армии установлены следующие нормы на одного человека в день:
Наименование
потребностей
В
маневренных
условиях
Л'
Резерв
Л
В стесненных условиях
л
при горячей
пище
при сухом
пайке
В
безводных
районах
Питье (чай, запас во |
флягах)
Приготовление пищи
с обработкой
продуктов
Мытье посуды
Умывание
3,5
2,5
1,0
3,0
3,5
4,0
2,0
5,5
3,0
1,5
0,5
1,0
4,5
0,5
0,5
1.0
4.5
0,5
Итого 10,0 15,0 ! 0,0 ! 6,0 I 5,0
В определении количества воды для водоснабжения важно
также учесть возможные колебания расхода воды. Эти колебания могут
быть по сезонам года или месяцам, отдельным дням и часам.
Месячные колебания расхода зависят от климатических условий,
от рода промышленного производства (например, свеклосахарное
производство, имеющее узко сезонный характер. Большие
колебания расхода воды по сезонам имеют место в курортных городах.

Эти сезонные колебания водопотребления могут иметь
существенное значение в деле установления режима эксплоатации
подземных вод, а в зависимости от этого и в оценке их ресурсов.
Например, в некоторых случаях эксплоатация грунтовых вод в
период максимального расхода может вестись с превышением их
питания, в результате чего будет временно происходить сработка
запасов вод, ведущая к некоторому понижению уровня грунтовых
вод, в период же минимального расхода запасы и уровень грун-
* товых вод опять восстанавливаются.
Из вышесказанного видно, что потребности в воде населенных
мест и промышленных предприятий могут колебаться в широких
пределах в количественном отношении, а также видоизменяться в
отношении требований к качеству воды.
В небольших городах, ж.-д. станциях и промышленных
предприятиях потребности в воде ограничиваются всего лишь
несколькими сотнями куб. метров или даже десятками куб. метров в
сутки, которые могут получаться из одного-двух артезианских
колодцев или из родников среднего дебита. В крупных же городах водо-
потребление достигает сотен тысяч куб. метров в сутки,
получение которых иногда требует учета и максимального использования
всех водных ресурсов района. При этом нередки случаи, когда
самое максимальное использование подземных вод не может
удовлетворить потребностям водоснабжения города и приходится
базироваться как на поверхностных, так и на подземных водах.
Комплексное использование подземных и поверхностных вод
практикуется часто также и не в очень больших населенных
пунктах и промышленных предприятиях, если они расположены в мало
обеспеченных водой местностях.
Это должно быть учтено при оценке водопотребления,
падающего на долю подземных вод.
За границей в ряде крупнейших городов подземная вода
используется в больших размерах.
Водоснабжение Парижа (население около 5 000000 чел.)
складывается из ряда источников, из которых на долю подземных
вод приходится 448 000 мЧсутки (44% от общего потребления),
поверхностных вод —- 575 000 м3/сутки.
В США подземные воды служат источниками водоснабжения
для 6,5 тыс. коммунальных водопроводов при общем их числе
10,8 тыс. (т. е. 60% от общего числа). Примером наиболее
крупного использования подземных вод может служить Нью-Йорк, где
в районе острова Лонг-Айленд имеется 1200 скважин, дающих
воды до 378 тыс. мУсутки. Однако, хотя указанная цифра и велика,
она составляет лишь 11% общего водопотребления, которое
достигает в Нью-Йорке около 3,4 млн. м3/сутки.
Из крупных городов США, пользующихся исключительно иод-
земной водой, следует назвать г. Хаустон (штат Техас) с 292 тыс,
жителей, где суточная подача воды городскими скважинами
94,5 тыс. мУ сутки, и примерно такое же количество используется
частными предприятиями и владельцами.
155

Приведем некоторые примеры максимально крупного
использования подземных вод для коммунального водоснабжения в СССР
Наименование населенных
пунктов
Брянск
Курск, городской
водопровод
Харьков, городской
водопровод
Киев, городской
водопровод ,
Москва. Мытищинский \
водопровод |
Москва, артезианские
скважины
Москва, из
поверхностных вод
Баку, Баку-Шолларский
водопровод 1-й
очереди
Гол
1930
1935
1934
1933
1933
Количество
РОДЫ
вм?/сутки
30000
40000
46 000
60 000
50 000
25000
200 000
1 000 000
75 000
Наименование подоносных
горизонтов
Артезианские воды
Девонские известняки
Юрские пески
М ргельно-меловой и
юрский
Сеноманские и горские
Грунтовые воды из
флювиогляциальных
песков (и лревнеял-
лювнальных)
Каменноугольные
известняки
Река Москва н
водохранилища канала
Москва-Волга
Источники и
артезианские воды песчано-
галечниковои толщи
предгорной
наклонной равнины
(четвертичные и плиоценовые
отложения)
Автор
К. Н. Маков
Н. А.
Плотников
Н. А.
Плотников
і
Примером сложного водоснабжения может служить г. Париж,
который получает воду из следующих различных источников:
Наименование источника Год постройки
Количество воды
л&ісутки
подземные
поды
поверх-,
постные
воды
J 1рпмоч;ыік'
Источник Парньи Дюи
(ден. Марны)
Источники долины Ванн
(деп. Ионн)
Источники долины Авр
(деп. Эйр)
Источники долины Люны
и Люнена
Источники Вульви Дют-
рейн и Драгой (деп.
Сены)
Водокачка Сен-Мэр из
реки Марны
Иодокачка Иври из
реки Сены
1865
1874
1893
1900
1925
1891-1929
1899-1905
20000
(20 000
108 000
100 000
100 000
Самотечный
водопровод, расстояние от
Парижа 131 км
Самотек и подкачкл,
расстояние от
Парижа 173 к,м
Самотек, расстояние
от Парижа 102 км
Подкачка, расстояние
от Парижа 73 км
Расстояние от
Парижа G0 км
300 000
275000
Итого:
448 000 ! 575 000
156

Влияние размера потребности в воде на установление
характера и объема гидрогеологических работ по исследованию
источников водоснабжения может иллюстрироваться следующими
примерными градациями;
1-й случай. Потребности в воде могут удовлетворяться
каптажем одного-двух источников. В этом случае необходимо лишь
выяснить режим источников (минимальный и максимальный дебиты),
санитарные условия и геологическое строение места заложения
каптажа.
2-й случай. Размер потребностей соответствует дебиту одной-
двух скважин (несколько десятков литров в секунду). Работа
может ограничиться в простейшем случае гидрогеологическим
заключением, составляемым по имеющимся литературным и фондовым
материалам или рекогносцировочным исследованиям места, когда
удается на месте путем изучения естественных выходов
водоносных пластов и имеющихся скважин и колодцев получить вполне
определенное решение задачи о глубине залегания водоносного
пласта, о напоре и дебите воды и качестве последней.
В других случаях при такой небольшой потребности в воде
решение задачи дается в виде рекомендации заложения разведочно-
эксплоатационной скважины с указанием глубины, дебита,
качества воды и предполагаемого геологического разреза скважины.
3-й случай. Размер потребного количества воды настолько
велик, что может быть удовлетворен лишь целой системой
водозаборов (скважин, каптажей или колодцев), использующих
полностью производительность грунтового потока или артезианского
пласта в данном пункте. В этом случае гидрогеологические
исследования, как правило, включают в себя полный комплекс работ,
как геолого-съемочных, так и разведочных, вместе с опытными
откачками и стационарными наблюдениями.
4-й случай. Потребное количество воды настолько велико, что
приближается к сумме всех ресурсов подземных вод района,
доступных для использования. В этом случае гидрогеологическое
исследование должно охватить все возможные для использования
виды источников воды, как подземные, так и поверхностные,
чтобы дать исчерпывающее обоснование для правильного выбора
источника водоснабжения. В случае выбора подземных вод
комплекс гидрогеологических исследований приобретает сложный и
детальный характер, преследуя задачу определения максимально
возможных для добычи ресурсов подземных вод.
5-й случай. Потребность в воде достигает размеров, явно
превышающих ресурсы подземных вод в данном районе.
В таких случаях основным источником водоснабжения города,
выбираются поверхностные воды (реки, водохранилища), причем
подземным водам уделяется внимание как подсобным источникам
водоснабжения, ценным по своим высоким качествам и
надежности в санитарном отношении. Для крупных городов, имеющих
основным источником водоснабжения поверхностные воды, подзем-
¦ ные воды имеют важное значение как резервный надежный источ-
157

ник водоснабжения на случай войны, так как допускают наиболее
совершенную охрану и защиту.
§ 42. Подразделение гидрогеологических исследований источников
водоснабжения на этапы
Гидрогеологические исследования источников водоснабжения
проводятся, как правило, в несколько этапов в связи с
требованиями различных стадий проектирования водопроводов. До сего
времени наиболее распространено было выделение двух основных
стадий проектирования: 1) схема водоснабжения или проектное
задание и 2) технический проект.
Дополнительно к этому, как правило, выделялась еще
разработка рабочего проекта, которая развивалась иногда в
самостоятельную завершающую стадию проектирования, служащую для
непосредственной подготовки к строительству сооружений.
В соответствии с основными двумя стадиями проектирования
гидрогеологические исследования разделяются на следующие
основные этапы: 1) изучение литературы и фондовых материалов,
2) рекогносцировочные предварительные изыскания, дающие
материал для обоснования схемы водоснабжения, и 3) детальные
исследования, служащие для обоснования технического проекта и
рабочего проектирования.
Возможны случаи, когда количество этапов сокращается до
минимума и весь комплекс исследовательских работ по изучению
источников водоснабжения должен укладываться в один этап
непрерывного исследования. Например, в условиях военного
времени и периода срочных восстановительных работ столь дробное
расчленение стадий проектирования и этапов изысканий в
большинстве случаев едва ли будет применимо на практике.
' Водоснабжение военных и оборонных объектов, а также
восстанавливаемых промышленных предприятий и населенных пунктов
требует максимального сокращения изысканий и максимального
упрощения стадий их развития без снижения, конечно, точности
изысканий. ,
Тем не менее, и в этом случае надо, конечно, помнить, что
рациональное развитие исследований требует последовательного
проведения основных операций, из которых слагается комплекс
гидрогеологического исследования источников водоснабжения, начиная
от общих рекогносцировочных исследований через разведочные
работы до завершающих изыскания опытных работ и
стационарных наблюдений.
"""В первых этапах исследования выявляются все возможные для
использования источники водоснабжения и получается материал
для их предварительной оценки и сравнения, на основании чего
производится выбор того или иного источника, удовлетворяющего
158

.заданным требованиям. Последняя задача и составляет основную
цель рекогносцировочного предварительного исследования. До
начала рекогносцировочных полевых исследований проводится
сбор и изучение существующих материалов, которые выделяются
в самый начальный этап изучении источника водоснабжения и
.. дают основу для составления программы полевых
рекогносцировочных исследований.
В некоторых случаях имеющийся материал отзывается доста- t
точным для конкретного разрешения вопроса о выборе источника | \
водоснабжения и даже для его качественной и количественной 1|
оценки. В таком случае результаты изучения материала офор- |
мляются в виде «гидрогеологического ..заключениям I
Сами полевые рекогносцировочные исследования осуществляют- 1
ся главным образом в форме гидрогеологических съемок и поис- \
ков с постановкой в нужных случаях разведочных бурений и
одиночных пробных откачек.
Содержание такого рода съемок и поисков подземных вод
описано подробно в главе IV. Изложенный в последней материал
в полной мере применим к определению содержания
предварительных рекогносцировочных гидрогеологических исследований для
целей водоснабжения.
Исследования эти дают в результате общую гидрогеологиче-^
•скую основу для предварительной оценки водных ресурсов района, ч
Конечным результатом предварительных исследований должно ?
быть сравнение выявленных источников водоснабжения между co;J?
бой и обоснование выбора источника водоснабжения, удовлетво^/
ряющего заданным потребностям. *~*
Последний этап исследования носит характер детальных развел
дочных и опытных работ, развертываемых надчастках выбранныяС
источников водоснабжения и на местах,^аме.чде^ых для заложеніГяЛ
"^Жсіілоатационных водосборов. Детальные исследования обычно*
сосредоточиваются на изучений какого-либо конкретного вида
водоисточника, выбранного на основании имеющихся материалов и
предварительных исследований. В дальнейшем мы рассмотрим
детальные гидрогеологические исследования для трех видов
источников водоснабжения: 1) естественных выходов подземных вод
в виде источников (родников, ключей), 2) грунтовых и неглубоких
напорных вод и 3) артезианских вод.
Организация детальных исследований требует четкой и
всесторонней подготовки как в отношении программы и методики работ,
так и в отношении их объема и потребного оборудования.
Подготовка к проведению окончательных исследований оформляется в
виде проекта намечаемых работ с соответствующими
производственными планами и сметами.
Детальными работами обычно заканчивается весь комплекс
исследований источников водоснабжения; 'на'основании материалов
этих работ составляется технический проект водопровода в части
водосборных сооружений. В некоторых случаях, однако, и после
159

этого намечаются дополнительные работы, проводимые уже в
процессе строительства, а также работы для гидрогеологического
обоснования зон санитарной охраны источников водоснабжения.
§ 43. Принципы оценки ресурсов подземных вод на различные
стадии исследования
Количественное выражение ресурсов подземных вод в
зависимости от рода источника может быть представлено в виде дебита
естественных источников (родников, ключей), в виде дебита
отдельных скважин и колодцев, в виде дебита системы скважин и
других водосборов.
Ресурсы вод для их использования в целях водоснабжения
должны обозначать то количества воды, которое может
извлекаться из данного источника или водоносного пласта в течение
времени, на которое рассчитано существование водопровода или
водоснабжаемого объекта; при этом не должно допускаться
истощение вековых запасов подземных вод, ведущее к неуклонному
значительному понижению уровня вод и изменению их режима в
сторону ухудшения условий эксплоатации. Лишь в исключительных
случаях определение эксшюатационных ресурсов может
базироваться на интенсивном использовании подземных вод, при котором
будет происходить истощение их вековых запасов с неизбежным
при этом изменением режима вод, сопровождаемым постепенным
падением их уровня.
Такое интенсивное использование подземных вод может иногда
иметь место при водоснабжении объектов временного характера,
например, при водоснабжении войск на маршах, или на местах их
временного пребывания, при водоснабжении временных
строительных площадок и поселков.
Исходя из сказанного, ресурсы подземных вод могут быть
представлены постоянной величиной производительности
водоносного пласта, способной удержаться на данном уровне длительное
"время (практически постоянно), или временной
производительности, обеспечиваемой водоотдачей и вековыми запасами пласта на
тот или иной ограниченный промежуток времени. Единицами
измерения для ресурсов подземных вод являются: мУсутки, мУчас
(наиболее принято для скважин и колодцев), л!сек (более приня-
I | то для источников).
1 | Для оценки степени точности определения, ресурсов подземных
\ | вод целесообразно пользоваться особой классификацией, по кото-
{ | рой ресурсы подземных вод разделяются на три основных катего-
I $ рии: С, Б и А, в зависимости от степени изученности.
( * Приводимая ниже классификация (табл. 13), разработанная
ВСЕГИНГЕО, не получила еще официального утверждения и
предлагается для практического использования как первый опыт.
На различных стадиях изученности количественное выражение
ресурсов подземных вод принимает различный характер.
160

Таблица 13
Таблица классификации ресурсов подземных вод для целей
водоснабжения
о. с
О о
Ьй о.
Разведанность и изученность
Сч Ресурсы подземных вод, как по
количеству, так и по качеству
предположительно оценены по
j геологическим и гидрогеологи-
1 ческим предпосылкам
Cj ( а) Ресурсы, предположительно оп-
; ределенные по общим гидрогео-
[ логическим исследованиям, на
основании изучения
естественных обнажений и редких выхо-
( дов подземных вод (источников,
j колодцев, скважин)
I б) Предполагаемые ресурсы под-
! земных вод в районе намечае-
j мых водозаборов, оцениваемые
по аналогии с участками того
же водоносного горизонта, где
ресурсы разведаны по более
высоким категориям
в) Ресурсы слабо разведанные в
условиях сложного и
пестрого распределения подземных
вод, как по количеству, так и
по степени минерализации, а
также при неустойчивом режиме
Качество воды определяется по
аналогии с соседними районами,
по единичным анализам или
путем опробования на вкус. В
условиях сложного и пестрого
распределения подземных вод
анализы воды на участке
водозаборов обязательны
В. а) Ресурсы подземных вод,
определенные приближенно на
основании общих
гидрогеологических исследований с
единичными опытно-разведочными выра-
работками и кратковременными
откачками в районе водозаборов
б) Ресурсы подземных вод,
определенные в случае простого
гидрогеологического строения
(например хорошо выдержанный и
изученный артезианский
горизонт), по аналогии с
находящимися за пределами данного
района участками, где хорошо
изучены ресурсы более высокой
категории (Аі и Аз).
Практическое значение данной
категории
Для планирования
гидрогеологических исследований.
Для обоснования бурения
разведочных скважин на воду
Для планирования и составления
программ гидрогеологических
исследований
Для обоснования бурения опытно-
разведочных и в отдельных
случаях разведочно-эксплоатационных
скважин па воду
Для обосновании перспективных
планов размещения промпредприя-
тий и населенных пунктов
Для обоснования гипотезы
использования подземных вод в целях
водоснабжения конкретного
объекта населенного пункта пром-
предприятия
Для сравнения и выбора источника
водоснабжения
Для выбора участков водозаборов
и составления проектного задания
Для обоснования технического
проекта, если ресурсы подземных вод
явно превышают потребность.
Для проектирования детальных
изысканий
И Каменский
161

Продолжение табл. 13
ее
Я »
О. О
о У
и о.
а* >.
Я flj
Разведанность и изученность
Практическое значение данной
категории
і в) Ресурсы подземных вод, режим
| которых выявлен недостаточно:
колебания уровня подземных вод
! и расхода источников
охарактеризованы приближенно по
единичным замерам и
гидрогеологическим соображениям
г) Ресурсы подземных вод
охарактеризованы с точки зрения
сравнения различных горизонтов в
районе, а также путем
сравнения с поверхностными водами
Качество воды определено по
сокращенным анализам или по
единичным полным анализам, а
также с учетом гидрогеологических
и санитарных условий мест
намеченных водозаборов
Ресурсы подземных вод
установлены на основании детальных
гидрогеологических исследований
с производством опытных работ,
в частности, для неглубоких вод
заложением опытных систем
Уровни подземных вод на участке
водозаборов и расходы
источников определены по данным
годичных наблюдений.
Качество воды определено по
полным химическим и
бактериологическим анализам проб, взятых
на участке водозаборов, а
также на основании санитарного
обследования
а) Ресурсы подземных вод;
вполне изученные, проверенные
путем детальных исследований с
производством длительных
опытных или эксплоатационных
откачек іна участке водозаборов и
с постановкой стационарных
наблюдений продолжительностью не
менее трех лет.
б) В отдельных случаях сюда же
относятся ресурсы,
установленные путем анализа
эксплоатационных данных в целях
возможного расширения
использования водоносного горизонта.
Оценка качества воды и
изменения ее состава установлены
путем систематических наблюдений
в течение двух-трех лет с
производством повторных химических
и бактериологических анализов
Для обоснования заложения разве-
дочно-эксплоатационных и отдель
ных эксплоатационных скважин
Для обоснования и составления
технических проектов
водоснабжения и заложения
эксплоатационных каптажей и групп
взаимодействующих скважин и колодцев
Для обоснования и планирования
текущей эксплоатации
водозаборов.
Для обоснования проекта
расширения водозаборов.
Для составления технических и
рабочих проектов водоснабжения
крупного государственного
значение - ...^лных
гидрогеологических условиях.

В самой начальной стадии, когда еще никаких
гидрогеологических исследований в данном районе не производилось, о ресурсах
ібод судят лишь на основании имеющихся ограниченных данных: по
геологическим и гидрогеологическим предпосылкам, по
существующим представлениям о водообильности различных типов пород,
по мощности водоносных пластов, по условиям их питания
(климатическим условиям), дренирования и т. п.
По степени водообильности мы можем, например, выделить:
1) породы неводоноспые — глины, плотные породы, лишенные
трещин, 2) породы слабо водоносные — глинистые л
мелкозернистые пески, лёссовидные суглинки, песчано-глинистые породы,
3) породы средней водообильности — среднезернистые пески,
трещиноватые граниты, песчаники и другие трещиноватые породы,
4) породы высокой водообильности — крупнозернистые пески,
галечники, трещиноватые закарстованные известняки, сильно
трещиноватые песчаники.
Такое теоретическое представление о водообильности пород не
может, конечно, послужить основанием для конкретной оценки
количества подземных вод, и на этой основе не может быть
запроектировано какое-либо серьезное водосборное сооружение, за
исключением простейших копаных колодцев для удовлетворения
небольшой потребности в воде.
Отмеченные выше геологические предпосылки могут служить
лишь для обоснования поисков подземных вод. При этом
приведенные выше качественные оценки водообильности пород могут
служить для ориентировочной оценки величины дебита подземных
вод (кат. С).
Например, в слабо водоносных породах можно рассчитывать на
устройство лишь шахтных колодцев с дебитом несколько куб.
метров в сутки. В породах высоководообильных (известняки,
крупнозернистые пески, галечники) можно рассчитывать на
получение с помощью систем водозаборных сооружений много тысяч
куб. метров в сутки воды, могущей питать водопроводы крупных
населенных пунктов и промышленных предприятий.
Следующая ступень оценки ресурсов подземных вод
основывается уже на конкретных фактических данных, полученных на
¦основе предварительных рекогносцировочных исследований, на
основе сведений о дебите отдельных источников, скважин и
колодцев и на анализе результатов гидрогеологических исследований,
произведенных в районе (кат. В). В этой стадии изученности не
получается еще данных, достаточных для определения полной
.производительности водоносных толщ, но в случае небольших
потребностей в воде, удовлетворяемых дебитом отдельных
источников или одной-двумя скважинами, может быть дано вполне
завершенное решение задачи о возможности получения в данном
пункте потребного количества воды и о проектировании
водозаборного сооружения (колодца, скважины, каптажа источника).
Определение полной производительности водоносного пласта на
более или менее значительном участке является конечной задачей
аі *
!63

разведки подземных вод с применением всего комплекса разве-
Дочно-исследовательских работ, в числе их главным образом
бурения и опытных откачек, дающих обоснование к проектированию
водозаборных систем.
Резурсы подземных вод, определенные при этом, соответствуют
кат. А.
В некоторых случаях приходится оценку ресурсов подземных
вод давать в местах, где уже существуют эксплоатационные
водосборы, частично использующие водные ресурсы данного
участка. В таком случае оценка ресурсов преследует цель более
полного их использования и расширения существующих
водопроводов. Оценка эта основывается на опыте существующей эксплоа-
тации, что может рассматриваться как один из наиболее
надежных методов определения количества подземных вод. Ресурсы
подземных вод, определенные на основе опыта эксплоатации,
могут считаться изученными и опробованными по высшей категории А.
§ 44. Детальные исследования выходов подземных вод в виде
источников для использования их в целях водоснабжения
Исследования источника, намеченного к использованию,
начинаются геологическими работами, которые по степени детальности
бывают двух родов: детальные, производимые непосредственно в
месте выхода, и менее детальные на более широкой площади в
районе источника. Геологические работы, проводимые
непосредственно в месте выхода крупного источника, преследуют задачу
детального изучения условий выхода и строения водоносной
породы в целях выбора системы каптажа и получения данных для
геологического обоснования проекта каптажных сооружений.
Масштаб этих детальных исследований должен быть достаточно
крупным (например 1 : 1000 — 1 : 5000). В таком масштабе
должны быть составлены геологические разрезы, план места . выхода
источника с горизонталями через 1—2 м, детальные
геологические или литологические карты. Менее детальные исследования в
виде гидрогеологической съемки проводятся на более широкой
площади в масштабе 1 : 10 000, 1 : 20 000.
Цель этих исследований —• дать достаточный материал для
суждения о питании источника, о связи его с поверхностными водами.
Этот материал вместе с данными по наблюдению за режимом
источника должен послужить для качественной и количественной
оценки водных ресурсов, доставляемых источником, и для
установления зоны его санитарной охраны.
В случае местного питания источника территория, подлежащая
такого рода исследованию, примерно охватывает его область
питания.
В случае восходящего источника, получающего питание из
артезианского бассейна с отдаленной областью питания,
геологической съемкой охватывается территория района ближайших
выходов артезианского пласта; в случае трещинного типа вод съемкой
184

покрывается ближайший участок геоструктуры и изучается
система трещин, к которой принадлежит изучаемый источник.
При количественной оценке ресурсов вод в виде источника,
как правило, имеется в виду количество воды, вытекающей
естественным путем. Лишь в исключительных случаях при
использовании восходящих источников с снижением выхода при каптаже
. создают некоторое увеличение дебита, что, однако, обычно
отражается на дебите соседних источников и требует внимательного
учета в оценке общих водных ресурсов района.
Из сказанного следует, что основным исходным материалом
для оценки количества воды, которое может доставлять источник
для водоснабжения, являются данные наблюдений за его дебитом
и за режимом в целом.
- Необходимо отметить, что без знания режима источника
невозможна никакая более или менее основательная оценка
доставляемых им водных ресурсов. Достаточно вспомнить, что для ис
точников, относительно постоянных по дебиту максимальный дебит
часто в полтора-два раза превосходит минимальный, а в
источниках переменных максимум дебита в несколько раз и даже иногда
в десятки раз больше минимума.
Как правило, в оценке ресурсов вод, на которые можно
рассчитывать при проектировании водоснабжения из естественного
выхода источника, ориентируются на его минимальный дебит.
Однако в случае, если водопотребление по различным сезонам года
колеблется, то иногда можно повысить использование воды
источника, если максимум потребления совпадает с периодом
максимума дебита источника.
Для точной и обоснованной количественной оценки источника
режим его должен быть изучен путем стационарных наблюдений в
течение не менее 1 — 2 лет.
Вместе с этим для суждения о многолетних колебаниях,
связанных с климатическими колебаниями, следует использовать по
возможности имеющиеся данные режимных наблюдений за
соседними источниками, находящимися в аналогичных
гидрогеологических условиях.
• Оценка качества воды естественного источника требует знания
его гидрохимического и бактериального режима, основанного на по
вторных систематических анализах воды, для чего в течение периода
наблюдений в установленные сроки отбираются пробы воды.
Наряду с количественной и качественной оценкой источника в
результате исследований должен быть выбран тип каптажа,
наиболее отвечающего геологическим условиям выхода источника и
санитарно-техническим требованиям.
Среди наиболее распространенных типов каптажа источников
следует иметь в виду:
1. Каптаж из бетона, дерева или каменной кладки для захвата
нисходящих источнике?. Эти каптажи рассчитываются главным
образом на боковой приток воды и располагаются на склонах и
берегах.
165

2. Неглубокие каптажные колодцы (родниковые колодцы).
3. Дренажные или водосборные галлереи.
4. Кяризы.
5. Штольни.
6. Буровые скважины, вертикальные и наклонные,
7. Скважины, комбинируемые с штольнями и колодцами.
Последние три типа каптажей особенно скважины,
применяются преимущественно к захвату восходящих и трещинных яод.
В последнем случае вода источника обыкновенно перехватывается
на некоторой глубине ниже выхода источника и выводится на
поверхность на более низком уровне. Таким каптажом в виде
скважин создается иногда возможность существенно увеличить дебит
источника, а также повлиять на качество добываемой воды
вследствие возможности изолироваться от подмешивания верхних
грунтовых вод.
При каптаже вод восходящих и трещинных источников
буровыми скважинами и штольнями, создающими при эксплоатации
понижение естественного пьезометрического уровня вод, надо
иметь в виду возможность захвата вод не только каптируемого
источника, но и частично вод, питающих другие соседние
источники или каптажи, дебит которых вследствие влияния нового
водозабора может существенно снизиться. При этом возможно также
изменение качества и температуры воды.
Для выяснения тех и других вопросов должны быть
предусмотрены соответствующие наблюдения и работы и в частности
опытные откачки или опыты с самоизливом различной величины.
Опыты по эксплоатации источника при понижении уровня воды
должны быть обязательно произведены с вновь сооруженными
каптажами, и результаты этих испытаний должны быть внесены в
паспорт данного каптажа, причем особенно важно отметить при
каком дебите или понижении уровня начинает наблюдаться
взаимодействие испытуемого источника с другими.
§ 45. Детальные гидрогеологические исследования
, грунтовых вод
В постановке детальных исследований грунтовых и неглубоких
напорных вод должны быть учтены следующие особенности
последних:
1) относительно небольшая глубина залегания,
2) зависимость режима вод от атмосферных факторов и
поверхностных вод,
3) непосредственная близость областей питания и
дренирования,
4) разнообразие типов залегания грунтовых вод: подрусловые
потоки, пластовые воды морских и осадочных отложений, воды
флювиогляциальных образований, воды предгорных галечников,
воды засушливых степей и пустынных равнин, волы приморских
дюн .
івб

Отмеченные особенности должны быть четко отражены в
организации поисково-разведочных гидрогеологических работ и в
методике определения ресурсов вод.
Детальные гидрогеологические исследования, имеющие своей'
целью изучение условий залегания и определение ресурсов
грунтовых вод для проектирования водозаборных сооружений,
складываются из следующих видов работ: 1) гидрогеологическая съемка
района, 2) детальные разведки на участке намечаемых
водозаборов, 3) режимные наблюдения, 4) опытные откачки, о)
гидрохимические, бактериологические и санитарные исследования. ф
Детальная гидрогеологическая съемка при изучении грунтовых
вод должна охватывать примерно площадь намеченного к
использованию потока или участка грунтовых вод вместе с его областью
питания. Наиболее принятый масштаб съемки 1 : 10 000—1 -.20 000.
Состав работ этой съемки должен четко отражать местные
условия и задачи, стоящие перед исследователями. В условиях
хорошей обнаженности и достаточного количества выходов подземных
вод съемка может быть проведена без применения бурения и
других горно-разведочных выработок. В условиях мало расчлененных
равнинных местностей съемка должна комбинироваться с
неглубоким зондировочным бурением. Бурение особенно необходимо в
районах засушливых степей, где при значительной пестроте
минерализации закономерность распределения пресных и соленых вод
возможно выяснить только путем бурения.
Разведочное бурение в процессе детальной съемки необходимо
также в случае значительной неоднородности состава и
непостоянства водоносных пород, что мы, например, встречаем в
ледниковых отложениях.
Являясь первым этапом детального исследования района,
гидрогеологическая съемка одновременно служит для выбора мест
под водозаборные сооружения, для намечения на этих местах
детальных разведок, опытных откачек и режимных наблюдений,
которые развертываются вслед за съемками или еще до полного
окончания последних.
. В результате детальной гидрогеологической съемки
составляются геологическая и гидрогеологическая карты.
Ввиду особого значения для познания грунтовых вод состава
пород геологическая карта должна отобразить не только
распространение стратиграфических горизонтов в районе, но и
литологию, приобретая характер геолого-литологической карты.
Учитывая также выдающуюся роль в данном случае четвертичных
отложений, надо отметить важность составления карты четвертичных
отложений, если их невозможно достаточно полно показать на
общей геологической карте. С этой же точки зрения надо отметить
важность изучения геоморфологии района, которая также должна
получить отображение на картах. В случае необходимости следует
составить отдельную геоморфологическую карту.
На гидрогеологическую карту должны быть нанесены прежде
всего все выходы подземных вод, как естественные, так и искус-
167

ственные, с приведением основных данных, характеризующих
количество и качество вод.
Дальнейшая разработка гидрогеологического материала на
карте должна получить то или иное направление в зависимости от
гидрогеологических условий местности. Например, в случае
наличия пород различного возраста и различного генетического типа
следует показать распространение водоносных горизонтов и
характер водоносности пород; в случае пестрого состава грунтовых вод
следует показать степень и характер их минерализации. При нали-
личии четко оформившихся грунтовых потоков очень важно
нанести гидроизогипсы. Впрочем, детальная карта гидроизогипс
должна составляться отдельно для участков водозабора з более
крупном масштабе: 1 : 5 000 —1:10 000.
При значительных сезонных колебаниях уровня грунтовых вод
составляют две или более карт гидроизогипс на различные сезоны,
соответствующие высоким и низким уровням вод.
Буровые разведки. Разведочное бурение в процессе
исследования грунтовых вод проводится с целью поисков более
благоприятных в качественном и количественном отношении участков,
на которых в дальнейшем организуются опытные откачки и изы
екания для проекта водозаборных сооружений.
При производстве разведочного бурения водообильность
преходимых водоносных горизонтов определяется пробными
одиночными откачками на два-три понижения, продолжительностью 1—*2
сутки на каждое понижение. Качество воды определяется
химическими анализами, полевыми и лабораторными.
Для установления связи водообильности с литологией
исследуется состав водоносных пород.
В случае песков весьма полезны послойные определения коэ-
фициентов фильтрации с последующим пересчетом по формуле
среднего взвешенного для сопоставления вычисленного таким
путем среднего коэфициента фильтрации с результатами откачек.
В случае значительной неоднородности водоносного пласта и
соответственно достаточно большого числа скважин на основании
результатов полевого опробования и лабораторного исследования
коэфициентов фильтрации следует составлять карту водопроводи-
мости, на которой наглядно выявляются участки, благоприятные по
водопроводимости и производительности, и участки, менее
перспективные для заложения водозабора и для развития дальнейших
детальных опытных исследований (см. § 46).
Наблюдения над режимом грунтовых вод. Изучение режима
грунтовых вод в стадии детальных изысканий для проектирования
водозаборов и для оценки водных ресурсов (по кат. А) должно
быть выполнено с достаточной полнотой. Должны быть выяснены
сезонные и по возможности многолетние колебания уровня
грунтовых вод, изменения уклона и направления потока, а
следовательно, и расхода грунтовых вод. В некоторых случаях должны
быть установлены возможные изменения химического состава и
физических свойств воды. Для этого необходима постановка ре-
168

жимных наблюдений в течение минимум одного-двух лет, а также
исчерпывающая сводка имеющихся материалов по режиму
грунтовых вод района исследований.
В случае, если выяснится возможность значительных колебаний
уровня грунтовых вод, их статических и динамических запасов и
химического состава, наблюдения над режимом должны быть
поставлены особенно тщательно, чтобы получить достаточный мате-
ркгл для точной оценки эксплоатационных ресурсов грунтовых
вод и предусмотреть сроки повторных опытных откачек, которые,
как правило, должны в таких случаях проводиться в периоды
большей водообильности и меньшей водообильности.
§ 46. Определение ресурсов грунтовых вод с помощью откачек
В деле определения количества подземных вод необходимо
различать понятия «производительность водозаборных
сооружений», «эксплоатационные ресурсы подземных вод», «статические
или вековые запасы вод водоносного пласта», «расход подземного
потока», или «естественные динамические запасы».
Производительность водозаборов обозначает то количество во-
ды в единицу времени, которое данный водозабор или система
водозаборов максимально способны извлекать из водоносного
пласта, независимо от обеспеченности этого количества балансом.
Вековые же запасы — то количество воды в объемных
единицах, которое заключается в водоносном пласте и может быть
извлечено из него при полном его осушении. Выражением этого
количества служит формула W= \*V, где V — объем водоносного
пласта, р. — коэфициент водоотдачи, т. е. величина пористости без
молекулярной влагоемкости.
Расход потока или динамические запасы подземных вод — то
количество воды в единицу времени, которое протекает через
данное поперечное сечение пласта. В общем водном балансе
данного бассейна расход или естественные динамические запасы
подземных вод соответствуют величине подземного стока, или
грунтовому питанию рек в данном участке.
Ресурсы подземных вод (эксплоатационные) обозначают
количество воды в единицу времени, которое может добываться из
водоносного пласта на выделенном участке или на всем протяжении
водоносного пласта в течение длительного периода времени без
заметного изменения установившегося эксплоатационного режима
подземных вод, т. е. без заметного снижения производительности
эксплоатационных водозаборов и без снижения динамических
уровней подземных вод.
При определении количества грунтовых вод для
водоснабжения, как правило, имеется в виду определение ресурсов вод в
указанном выше понимании, т. е. количество воды, которое может
использоваться в течение достаточно длительного периода
времени, на которое рассчитано существование проектируемых
эксплоатационных водозаборов. Во многих случаях это количество соот-
169

ветствует естественному расходу грунтового потока. Однако могут
быть и случаи, когда эксшюатационные ресурсы будут превышать
естественный расход грунтового потока за счет привлечения новых
ресурсов воды из поверхностных водоемов или из других
водоносных пластов, которые имеют связь с эксплоатируемым водоносным
горизонтом. Обычно с таким явлением приходится встречаться в
прибрежных местностях, чаще на аллювиальных террасах, где грунтовые
воды находятся в гидравлической связи с водами рек и других
поверхностных водоемов. Разумеется, такое использование инфильт-
рационных речных вод вместе с водами естественного грунтового
потока требует соблюдения соответствующих санитарных условий
и некоторых требований в отношении режима эксплоатации.
В оценке условий использования естественных динамических
запасов (естественного расхода) грунтовых вод необходимо также
иметь в виду и другого рода случаи, когда зксплоатационные
водозаборы (например в виде системы скважин) не могут захватить
грунтовый поток полностью, и часть воды, в виде «проходящего
потока», уходит ниже по течению неиспользованной. Это явление
может иметь место в случае значительного уклона водоносного
пласта и потока, при относительно небольшой мощности пласта и
при отсутствии поблизости от водозабора поверхностных
водоемов, которые могли бы поддерживать достаточно высокое поло-
.жение уровня грунтовых вод.
Учитывая вышесказанное, при оценке эксплоатационных
ресурсов грунтовых вод следует выбирать тот метод определения
ресурсов, который соответствует конкретным гидрогеологическим
условиям данной местности. При этом надо достаточно отчетливо
представлять себе характер эксплоатационного режима грунтового
потока, из которого следует уяснить взаимоотношение между
водозабором, грунтовым потоком и поверхностными водами в
районе водозабора.
В стадии детальных гидрогеологических изысканий основными
способами определения ресурсов грунтовых вод должны быть
опытные откачки. Другие способы, как, например, подсчет расхода
потока на основании измерения скорости движения грунтовых вод
с помощью индикаторов, или оценка ресурсов по водному
балансу, или теоретический подсчет ресурсов вод по лабораторным
определениям коэфициента фильтрации водоносных пород, —
могут быть применены дополнительно к откачкам как
вспомогательные, а иногда как контрольные способы (водный баланс). В
каждом конкретном случае тот или иной метод опытных откачек
выбирается соответственно конкретным местным условиям. В качестве
наиболее употребительных методов опытных откачек следует иметь
в виду следующие: 1) метод Тима, 2) метод депрессионной
воронки с определением полосы питания опытного колодца или группы
опытных колодцев, 3) метод спаренных и групповых откачек с
последующим определением взаимодействия скважин. Наиболее
употребительным методом откачки для определения расхода
грунтового потока считается метод Тима. Последний основан на опре-
::о

делении, коэфициента фильтрации по данным опытной откачки с
наблюдением понижения уровня грунтовых вод в наблюдательных
и центральной скважинах с дальнейшим вычислением по мощности
водоносного пласта и уклону потока естественного расхода
грунтового потока по формуле Дарси. Для производства опытных
откачек по методу Тима закладывается опытная система (или
опытный узел) скважин, состоящий из одной центральной скважины,
оборудованной для производства откачки, и нескольких
наблюдательных скважин, число которых и расположение принимаются раз-
Рис. 40. Расположение опытных и наблюдательных
скважин по системе «Тимовского треугольника».
личными в зависимости от характера водоносного пласта, его
неоднородности и требуемой степени точности опыта. В случае
относительной однородности водоносного пласта и значительной era
ширины может быть принята система скважин в виде так
называемого Тимовского треугольника (рис. 40). Последний состоит
из трех скважин, расположенных в вершинах треугольника: одна
из скважин оборудуется как опытная, для чего она бурится
большим диаметром и снабжается фильтром и насосной установкой,,
другие служат наблюдательными.
Наблюдением в этих трех скважинах сначала устанавливаются
статические уровни воды, по которым определяется направление
и уклон естественного грунтового потока. После этого на одну из
сторон треугольника, идущей от опытной скважины по
направлению к простиранию потока, закладывается еще одна
наблюдательная скважина на расстоянии 10 — 20 м от опытной.
Расстояние между скважинами треугольника принимается в среднем около-
50 м. Большее расстояние берется в случае большой водопрово-
димостйі меньшее — в случае мелкозернистых песков,
обладающих относительно невысокой водопроводкмостью.'
171

В случае значительной неоднородности состава водоносных
пород следует закладывать большее число наблюдательных
скважин, располагаемых по двум, трем или четырем лучам, по две и
более скважин в каждом луче. Такие опытные системы с большим
числом наблюдательных скважин применяются также в случае
различия условий притока воды к опытной скважине в разных
направлениях по причине значительного естественного уклона
грунтового потока или наличия поблизости поверхностного водоема,
Рис. 41. Схема депрессионной воронки.
могущего питать с одной стороны грунтовый поток при
достаточном понижении уровня воды во время откачки, или нахождения с
какой-нибудь стороны резкой смены пород водоносного пласта.
Получающаяся в этих случаях ассиметрия депрессионной
воронки может повлиять на точность определения коэфициента
фильтрации по одной паре наблюдательных скважин,
расположенных на произвольно взятом направлении.
Откачка из центральной скважины сопровождается
тщательными непрерывными наблюдениями за уровнем воды в
наблюдательных скважинах и за дебитом откачки. На основании полученных в
результате этого данных вычисляется коэфициент фильтрации
пласта по формуле:
А 7і (2tf—si — $2) (si — s2) '
где /С— коэфициент фильтрации пласта в л\сутпи
Q—дебит опытной скважины,
хі> JCg—расстояние от опытной скважины до 1-й наблюдательной
и 2-й наблюдательной (рис. 41),
172

//—мощность водоносного пласта,
5j и 52—понижения уровня воды в 1-й и 2-й скважинах при
откачке.
В случае напорного потока, который бывает и в грунтовых
водах, когда верхняя часть пласта малопроницаема и приобретает
значение водонепроницаемой кровли, формула принимает вид:
К— ф (1іира — 1п*і)
где М—мощность водоносного пласта; остальные обозначения
те же.
В случае резко асимметричной воронки при четырех лучах
(парах) наблюдательных скважин коэфициент фильтрации можно
вычислить по формуле:
Q (1пх2—lnaci)
Ж(Ш —4—) ( Г")
где Es! и ?s2—суммы понижения в первых и вторых скважинах
всех четырех лучей.
Откачка по методу Тима проводится на три понижения, что
одновременно с величиной коэфициента фильтрации дает
материал для суждения о работе скважины в данном водоносном
пласте, зависимость ее дебита от понижения.
Продолжительность откачки на каждое понижение должна быть
не менее 2 — 3 суток, чтобы достигнуть установившегося
положения уровня воды в скважинах.
При небольшой ширине грунтового потока достаточно одного
опытного узла для определения расхода всего потока, который
вычисляется по формуле Дарси:
Q = KH -В •/,
где Я—средняя мощность водоносного пласта,
В—ширина потока, определяемая по направлению гидроизо-
гипсы, проходящей через центр опытного угла,
/—уклон грунтового потока, определяемый по гидрокзо-
гипсам или по статическим уровням воды
наблюдательных скважин.
При большой ширине потока величины коэфициента
фильтрации, мощности и уклона могут значительно изменяться, поэтому
для более точного определения расхода закладывается несколько
опытных узлов, соответственно которым весь поток для
вычислена

ния разбивается на части и общий расход потока вычисляется как
сумма расходов его частей (рис. 42):
<) = /(& -В^ + К^ЛЛг - ¦ ¦ • -!-#n/W„.
Среднее расстояние между отдельными опытными узлами
принимается равным 300 — 500 м.
В условиях неоднородного состава водоносных пород
величина коэфициента фильтрации и расхода грунтового потока на
коротких расстояниях может колебаться в широких пределах и для
точного определения расхода грунтового потока в таких условиях
потребуется большое число опытных скважин.
Ряс. 42. Расположение ряда опытных участков («тимовскнх
треугольников») и определение ширины соответствующих частей
грунтового потока.
Чтобы сократить по возможности число опытных откачек и
выбрать наиболее целесообразно место для заложения опытных
систем, необходимо предварительно изучить неоднородность
исследуемой водоносной толщи, что для песчаных водоносных толщ
может быть выполнено в процессе разведки грунтового потока путем
лабораторных определений коэфициента фильтрации песков в
приборах Тима-Каменского или в полевом приборе «Трубка».
На основании этих определений для наглядного графического *
изображения неоднородности может служить карта водопроводи-
мости. Такая карта была составлена Г. Н. Каменским и И. В. Гар-
моновым для междуречного участка между pp. Пехоркой и
Купавенской Московской области, где были проведены детальные
разведки грунтовых вод.
Объектом этих разведок были водоносные пласты,
заключенные в толще четвертичных отложений. Последние залегают здесь
на весьма неровной поверхности юрских глин. Над юрскими глинами
лежат мелкозернистые предледниковые пески мощностью до 17 м,
над песками залегают темные глины, тоже относящиеся к пред-
174

-ледниковым отложениям озерного типа, мощность их доходит
местами до 6 м, местами глина отсутствует совсем. Выше лежит
толща флювиогляциальных и древнезллювиальных песков, весьма
неоднородного состава и мощности, изменяющейся от 3—15 м.
Флювиогляциальные пески покрываются местами позднейшими
делювиальными и аллювиальными образованиями.
Толща флювиогляциальных песков в ряде пунктов района
показала довольно крупнозернистый состав, и заложенные в них
опытные скважины обнаружили при откачках высокую
производительность, доходящую до 18 л/сек при понижении на 3,8 м.
Основной задачей детальных исследований было дать полную
картину изменения состава водоносных песков по всей площади,
сравнительную оценку водоносности отдельных участков и
предварительную количественную оценку запасов подземных вод. Для
разрешения поставленных задач были произведены разведочные
работы в количестве около 40 скважин, которыми водоносные
надъюрские слои были довольно полно разведаны.
Ввиду малого количества откачек пришлось сосредоточить
внимание на максимальном использовании данных разведочного
бурения для массового послойного лабораторного испытания
водопроницаемости образцов водоносных песков, получаемых при бурении
и для составления на основании этих данных карты
водопроводимости. Для этих целей по всем разведочным скважинам был
подсчитан средний коэфициент фильтрации водоносного пласта по
формуле среднего взвешенного (см. Г. Н. Каменский «Основы
динамики подземных вод»). Сопоставление вычисленных по этой
формуле коэфициентов фильтрации с определениями того же коэфи-
циента по опытным откачкам показало близкую сходимость тех и
других, что дало основание считать вычисленный по формуле
среднего взвешенного коэфициент фильтрации вполне приемлемым для
количественной оценки водопроводимости водоносного пласта и для
последующего подсчета динамических запасов грунтовых вод.
Вычисленные средние ко?фициенты фильтрации пласта были
нанесены на карту, и по методу построения изолинии на ней были
выделены площади с различными градациями величин
водопроводимости (см. карту, рис. 43). При этом выявилась довольно
закономерная картина распределения участков различной
водопроводимости, отражающая геологическое строение района. На
водораздельных более высоких площадях мы получили участки с наиболее
высокий водопроводимостью: от 30—40 м/сутки, от 20—30 м/суткщ
на пониженных площадях, прилагающих к долине реки Пехорки и
к Биссеровскому озеру, получились участки с наименьшей
водопроводимостью: от 10 — 20 м/сутки и от 3—10 м/сутки.
Согласно геологическим данным, первые участки являются
областью, где сохранились более крупнозернистые
флювиогляциальные пески, а вторые — областью развития более поздних древне-
аллювиальных отложений.
На основании тех же определений коэфициентов фильтрации
пласта и карты водопроводимости в целом была составлена дру-
175

гая карта, дающая картографическое изображение динамических
запасов грунтовых вод исследованного участка. Для этой цели
/j>r~
Обиралодка
в> ? ш%з шт« l
3
V
х4=
5к*і
Рис. 43. Карта водопроводимости.
і—Коэфициент фильтрации отЗ—10 м/еуп
2- Ю-20 ,
о- „ п г, 20-30 „
і- зо-40 .
г—буровая скважина. Цифры у скважины: справа вверху—номер скважины,
справа внизу—величина расхода q. б-гидроизогипсы через 1 м.
сначала была составлена карта гидроизогипса, затем по каждой
скважине были вычислены значения единичного расхода
грунтового потока по формуле:
17(5

где /г—средний коэфидиент фильтрации, вычисленный для
данной скважины по формуле среднего взвешенного
или по откачке,
Л— общая мощность водоносного пласта в данной скважине,
/_уклон грунтового потока, определяемый по карте гидро-
изогипс.
Величина единичного расхода была принята как количественное
выражение «динамического запаса» грунтовых вод в данном
пункте. Нанеся значение единичного расхода на карту, мы составили по
методу изолиний карту динамических запасов (рис. 44), на
которой были выделены участки с градациями величин единичного
расхода: от 0 — 0,2 мУсутки; 0,2 — 0,4; 0,4 — 0,6; 0,6 — 0,8; более
0,8 мЧсутки.
При построении этой карты выявилось вполне закономерное
изменение единичного расхода или динамических запасов
грунтовых вод, имеющих минимальную величину на водоразделах и
возрастающих вниз по потоку по мере увеличения области питания.
Но вместе с этим существенно сказалось влияние неоднородного
строения водоносного пласта и изменений его водопроводимости
на площади района.
Карта динамических запасов конкретно выявляет, насколько
значительно изменяется количество подземных вод в различных
участках неоднородного пласта или комплекса пластов и
насколько важно учитывать эту неоднородность при оценке запасов
подземных вод и при выборе мест для заложения водосборных
сооружений. #
Другой довольно точный способ определения расхода грунто- *
вого потока опытной откачкой основан на построении депрессион-
ной воронки, по которой находится положение так называемой
водораздельной точки или кульминации; линия, нормальная к изо-
гипсам, проходящая через указанную точку, очерчивает полосу
питания опытного колодца (рис. 45). Ширина этой полосы,
измеренная вдоль гидроизогипс в сечении потока выше колодца
(выше центральной части депрессионной воронки, считая по
направлению естественного потока), определяет ту часть расхода
грунтового потока, которая при откачке захватывается колодцем. Разделив
дебит опытного колодца при откачке на ширину полосы питания,
получим единичный расход потока, т. е. расход на единицу его
ширины; произведение единичного расхода на всю ширину
исследуемого грунтового потока дает общий его расход.
Описанный метод требует довольно большого числа
наблюдательных скважин, и его можно рекомендовать лишь в случае
небольшой глубины уровня грунтовых вод, когда для применения ¦
метода Тима складываются неблагоприятные условия; например,
невозможность точно определить коэфициент фильтрации по
откачке из-за большой неоднородности пород или невозможность
точно определить мощность водоносного пласта.
Определение ресурсов подземных вод в том случае, когда
нельзя ориентироваться на величину естественного расхода грун-
12 Каменский 177

тового потока, может быть ocHOBjggjja опытной откачке,
выполняемой в виде пробной эксплуатации грунтовых вод с дебитом.
шт* чш* пшшм в«
sy^e^^i?
Рис. 44. Карта динамических запасов грунтовых вод (расход
на 1 м ширины потока) района левых притоков р. Пехорки
близ Москвы: (q = Кср hi)
7—расход на 1 м ширины потока от 0 до 0, 20 ма/сутки
2- „ „ ,, „ „ п 0,20 до 0,40 „
3- „ „ „ „ 0,40 „ 0.60 „
4- „ „ „ „ „ 0,60 „ 0,80 „
5- « „ » >. « больше 0,80 Mpjcymku
6—буровая скважина. Цифры у скважины: справа вверху—номер скважины,
справа внизу—величина расхода q.
7 —гидроизогипсы через 1 м.
несколько меньшим проектного, а иногда приближающимся
довольно близко к последнему. В процессе такого рода откачки, для
которой сооружается обычно несколько скважин опытных и на-
178

блюдательных, производятся систематические наблюдения за
понижением уровня воды в области влияния опытной системы, на
основании чего выясняется вопрос о том, какая доля грунтового
потока иил бассейна
захвачена опытным
водозабором, и
оцениваются возможные эксплоа-
тационные ресурсы
исследуемого участка.
Среди случаев, когда
следует рекомендовать
применение метода
цробноД* экепдоатации,
можно указать, напрй-
"мер, грунтовые потоки в
аллювиальных
отложениях, находящихся в
івязи с реками и могу-**
[ими получать из по-, ""
:ледних дополнитель- ^
[ое питание, воды
трещинные, карстовые,
¦рунтовые воды с
нечетко выраженными
направлениями потоков,
бассейныгрунтовых вод,
грунтовые воды
приморских участков,
связанные с солеными
морскими водами и т. п.
Продолжительность
откачек при пробной экс-
плоатации должна быть
более длительной, чем
при откачке по методу
Тима, например месяц
или даже несколько
месяцев. Важно при этом
достижение
установившегося состояния
зеркала грунтовых вод.
При проведении опыт
ной эксплоатации
следует по возможности
выяснить
взаимодействие скважин и других
водосборов, что дает
материал для
конкретных подсчетов эксплоа-
¦*
'///<!
Рис. 45. Схемы ассиметричной депрессиониой
воронки колодца в грунтовом потоке.
I—план; И—разрез перпендикулярно направлению
истока; III—разрез вдоль направления потока
S—водораздельная точка. В—ширина области питания. NSN—
граница области питания.
)?9

тационных ресурсов воды, а также для установления оптимального-
расстояния между скважинами. Для указанных целей проводятся
откачки одновременно из двух и более скважин с наблюдением за
депрессией грунтовых вод и определением радиуса влияния. При
оценке взаимодействия скважин, особенно в случае их
расположения близ берега реки, можно воспользоваться расчетами с
помощью формул Форхгеймера, по которым вычисляются де'биты
скважин и понижение уровня воды в них в зависимости от
расстояния между скважинами и расстояния от них до берега реки.
Для напорных вод можно, помимо формул Форхгеймера, также
использовать формулы Слихтера и Щелкачева [36, 137], л также
„метод срезок Альтовского [41, которые мы рассмотрим в следующем
параграфе, посвященном артезианским водам.
Опытные групповые откачки с выяснением вопроса о
взаимодействии скважин необходимы во.всех случаях, когда эксплоата-
ция грунтовых вод намечается системой водосборов (колодцев-
или скважин).
Оценка водных ресурсов на основании рассмотренных сейчас
групповых откачек по методу опытной эксплоатации может быть
дана в виде определения того количества скважин или колодцев,
которое можно расположить на выделенном участке, и их дебита.
Наблюдения за качеством воды при откачке. В процессе
опытной откачки и особенно длительной откачки по методу опытной
эксплоатации необходимо наблюдать за качеством воды, для чего
надо систематически отбирать пробы воды для химического и
бактериологического анализов. Особенно важны такие
систематические анализы, когда при откачке возможно привлечение вод
другого состава, например, на приморских участках — соленых
морских вод, на приречных участках аллювиальных террас — вод
речных, если последние загрязнены, на степных равнинах — вод
минерализованных из соседних засоленых участков или из ниже
лежащих горизонтов минерализованных вод, в районе болотных
массивов — болотных вод и т. п.
При оценке ресурсов грунтовых вод в этих случаях
необходимо учитывать возможность ухудшения качества воды, что надо
рассматривать как фактор, лимитирующий развитие эксплоатации
подземнных вод, хотя общие ресурсы воды могут быть велики в
способны обеспечить значительное увеличение водозабора. Весьма
показательным примером ухудшения качества воды при
эксплоатации является Мытищинская водозаборная система, где исполь-
зуютс-я грунтовые воды, заключенные в песках, относящихся к
древнеаллювиальным и флювиогляциальным отложениям,
подстилаемым частью моренными суглинками, частью юрскими пес-
чано-глинистыми отложениями. В процессе эксплоатации грунтовых
вод создалась значительная депрессия, послужившая причиной
привлечения грунтовых вод с широкой окружающей площади, на
которой надо отметить значительное развитие аллювиальных
отложений с торфяниками толщиной до 5 м.
Мощность водоносных гравелистых песков, в которые
заложено

ны эксплоатационные водозаборы, колеблется от 14,5 до 30 м.
Коэфициент фильтрации по одним определениям (К. Э. Лембкеі
имеет величину от 201 до 301 м/суткщ по другим—от 121— 72Q м!сутни\
Ресурсы грунтовых вод района Мытищ определены по водному
балансу; величина модуля подземного стока вычислена на
основании измерения зимнего расхода рек, питающихся грунтовыми
водами в данном районе, т. е. в период отсутствия питания рек
водами поверхностного стока. По подсчетам Н. А. Плотникова
расход рек в бассейне Яузы за зиму 1887—1888 гг. равен 257 мУсутки,
•площадь водосбора — 86,4 км\ на основании чего модуль
подземного стока ^ = 2,86 л/сек. на 1 км2.
Сопоставляя подземный сток с атмосферными осадками за
маловодный 1897 г. Н. А. Плотников получил коэфициент подземно-
2э7 • 103 . 365 п 01
го стока: 10б.42і,4—- = 0,21
На основании данных о грунтовом питании р. Яузы было
установлено, что в верховьях этой реки можно получить, минимум,
19 300 мУ сутки грунтовой воды (1 570 000 вед^р в сутки).
Эта цифра была принята за основу при проектировании
Мытищинского водопровода в 1888 г. Подача воды из Мытищинской
сал. ведра
и>№ ЯЮОШ
:з.оо
/208
//,00
10,00
9.00
8.00
7,00
6.00
5,00
4,00
3.00
1,00
too
kJ-
S500000
6000000
5500000
5000000
moooo
шоооо
3500000
зоооооо
2500000
2000000
1500000
!0OOO0G
5000M
(>
7^.
*
¦v>
m
rv
Ш
^
A-
№7
}
Ш
/898
' S
**?
wl
,-nko
№9
^
1
?<
\
»м
сгпь бодь
1900
№
,s\*&
V
\Г
№
№2
-л
V
¦
wjC
-—
(^
J^
ft
Jv
*№$[ЮОЬ
Гь
иГ
1905
r^
К
/90S
Л
V
{срм
/907
л
г-
н
^А
іл
"?//[
1№
¦і
Л*
к
4\
Г909
^
" V
№
Л
у
/91!
У
\
19/г
•*~~
s
і
м,
лЫ
А
*1
і9а
'
/**
•ty
чг
/?/V
W5
30
го
w
j
m\k
Рис. 46. Диаграммы среднего месячного колебания грунтовых вод
количества откачиваемой воды и жесткости воды в Мытищах.
водозаборной системы, состоящей из 40 скважин, в 1893 — 1898 гг.
была в среднем 19 000—20 000 мУ сутки и, постепенно повышаясь,
достигла в 1902— 1903 гг. 41 500 мУ сутки. Вместе с этим было
отмечено в водопроводе резкое повышение жесткости воды, которая
вначале была 6 — 8°, а затем, в' 1903—1904 гг., достигала 20° и
повышалась иногда до 28, Ход увеличения отбора воды и
жесткости параллельно с понижением уровня воды в наблюдательных
¦колодцах наглядно представлен на графике (рис. 46).
1 Сведения приводим по работе Н. А. Плотникова «Оценка ресурсов
лодземных вод».
181

Повышение жесткости воды создало серьезную тревогу за
дальнейшую судьбу Мытищинского водопровода, в связи с чем
была создана специальная комиссия для выяснения причин
увеличения жесткости вод Мытищинского водопровода.
Гидрохимические исследования, выполненные С. А. Озеровым, установили, что
причиной усиления жесткости воды в Мытищинском водозаборе
оказались торфяники. Анализом было установлено в торфах
присутствие довольно значительного количества сернистых соединег
ний (в пересчете на S03, до 28% от сухого веса).
Осушение торфяников под влиянием откачки грунтовых вод
вызвало интенсивное окисление сернистых соединений кислородом
воздуха с образованием серной кислоты (см. химические реакции
в главе I, §4). Серная кислота, взаимодействуя с карбонатами Са,
ведет к образованию сульфатов, которыми постепенно
обогащалась вода, значительно повышая свою жесткость. В отдельных
колодцах жесткость воды доходила до 48°.
Вместе с повышением жесткости было отмечено также
значительное возрастание содержания железа и марганца. Содержание
железа (Fe203) в некоторых колодцах колебалось от 0,45 до
12,8 мг/л, а в общей воде водосборной системы — 2,06 мгіл,
содержание марганца (МшОз) доходило 1,47 мгіл, а в общей воде
водосборов — 0,98 .мг/л. Определение железа в водопроводе на
различных его участках показало, что вода постепенно теряет его,
оставляя железистый осадок н^ стенках водопроводов.
Приведенный пример показал, насколько важно учитывать
изменение общего гидрогеологического режима в районе
водозаборов и в частности гидрохимического режима эксплоатируемых
грунтовых вод. Изучение режима грунтовых вод необходимо для
самих опытных гидрогеологических работ, в процессе которых
важно знать, какие изменения уровня принадлежат естественным
колебаниям, какие вызваны искусственным воздействием
(откачками).
При значительных колебаниях уровня грунтовых вод и
связанных с этим колебаниями производительности водоносного пласта
приходится ставить опытные откачки повторно: в межень, когда
производительность водоносного пласта наименьшая, и в
многоводное время, когда призводительность наибольшая.
При выяснении эксплоатационного режима следует учитывать,
что в меженый засушливый период, когда питание грунтовых вод
прекращается, возможна временная сработка статических запасов
грунтовых вод с соответствующим временным понижением их
уровней, которые затем в последующий влажный период года
восстанавливаются. Отмеченное обстоятельство имеет особенно
конкретное значение в случае, если в питании грунтовых вод при эк-
сплоатации принимают участие река или поверхностные водоемы,
уровень которых в меженный период сильно снижается, или
которые промерзают зимой.
» Оценка ресурсов грунтовых вод по балансу. В случае
проектирования крупного водозабора с дебитом, приближающимся к пол-
182

ному использованию ресурсов вод исследуемого грунтового
потока, необходимо выяснить его водный баланс.
Последний служит для оценки обеспеченности проектируемого
отбора грунтовой воды и для контроля подсчета ресурсов вод по~
опытным откачкам. Один пример подсчета ресурсов грунтовых вод
по балансу мы уже привели выше для Мытищинского района.
Подсчет баланса грунтовых вод в основном заключается в оп-1
ределении их питания; конечной целью определения баланса грун-!
товых вод является определение модуля или коэфициента подзем-1
ного стока, которые позволяют перейти непосредственно к оценке!
естественного расхода грунтового потока и ресурсов вод, которые!
он может дать.
Модуль подземного стока может быть определен по
грунтовому питанию рек. Для этой цели должен быть изучен режим
речного стока путем постановки гидрометрических наблюдений,
которые дадут возможность выделить точно периоды, когда рекг?
питаются за счет грунтовых вод, когда отсутствует
поверхностный сток атмосферных вод (зимой и летом в засушливое время),
Грунтовое питание может быть получено из графика расхода
реки, если срезать все выступающие пики паводковых расходов.
Другой задачей является определение водосборной площадки,
которая в простейшем случае приблизительно совпадает с бас-
оейном поверхностного стока, определяемым по топографической
карге; но в некоторых случаях задача эта может осложниться,
если линия водораздела грунтовых вод будет значительно
отклоняться от водораздела поверхности. Могут быть случаи, когда
зода перетекает из одного речного бассейна в другой подземным
путем, могут быть также случаи, когда в данном речном бассейне
имеются выходы артезианских восходящих вод, притекающих
из других отдаленных речных бассейнов (например, восходящие
источники в районе Донского купола, описанные в § 18). Такие
случаи должны быть выделены особо. Если нельзя учесть
количественно воду, притекающую из другого бассейна или
утекающую в другой бассейн, то точное определение подземного стока
для данного бассейна невозможно.
Если гидрогеологические условия позволяют определить
площадь бассейна подземного стока, то модуль подземного стока
определяется как частное от деления грунтового питания реки на
эту площадь:
где Q—расход или грунтовое питание реки, в л\сеп,
ш—площадь бассейна стока (подземного), в км2.
По величине модуля подземного стока определяется коэфи-
циент подземного стока:
_ М ¦ 86400 . 365
а —" jv . іо«
где TV—годовое количество атмосферных осадков в мм.

Модуль и коэфициент подземного стока могут колебаться
в значительных пределах.в зависимости от климатических и
гидрогеологических условий, что может иллюстрироваться
некоторыми данными определений среднего модуля грунтового питания
по Огиевскому для крупных бассейнов:
Наименование реки и пункта
Годовой модуль
грунтового
питания
л [сек на 1км2
Период
определения
годы
Ока у г. Орла
Волга у с. Вязовых
Дон у Калача
Днепр у Киева
Днепр у Речицы
Сож у Гомеля
Неккар (Германия)
Одер (до устья Варты)
Рона (выше устья Соны)
к
рты)
Соны)
0,63
1,69
0,50-0,81
1,42
2,26
2,04
8,44
3,30
8,24
1896-1897
1908—1912
1889-1931
1878-1908
1900—1930
1900—1930
1901—1910
—
—
Надо отметить, что приведенные цифры модуля грунтового
питания дают среднюю величину для крупных речных бассейнов,
в пределах которых имеются участки мало водоносные и более
водоносные. Несомненно, районы более благоприятные в
отношении питания грунтовых вод среди тех же бассейнов, должны иметь
несколько более высокую величину модуля подземного стока.
Другой способ определения модуля и коэфициента подземного
стока основан на изучении режима источников и на определении
родникового стока.
Такой способ был применен в Донецком бассейне Н. С.
Токаревым, который подсчитал коэфициент подземного стока для
источников, питающихся водоносными горизонтами в песчаниках
верхнего карбона в Кальмиус-Торецком районе. Один источник
в б. Берестовый Яр на 1925/1926 гидрологический год имел
суммарный годовой расход 247 000 лс3, или средний расход
7,6 л/сек. Площадь питания источника определена по
геологической карте 2,4 км2. Количество атмосферных осадков, по данным
ближайшей метеорологической станции Артемовской, 395 мм.
Коэфициент подземного стока определим по формуле:
247000
а 2,4 • 0,395 ¦ 106 ~ и^ь"
Для того же источника за другой, 1926/1927 год годовой
расход был 232000 м3 при атмосферных осадках за этот год 315 мм.
Коэфициент подземного стока для этого года оказался несколько
больше 0,29.
Для другого источника — Криница Заседателева — в том же
районе коэфициент подземного стока получился соответственно
в те же годы 0,195 и 0,275.
Данные наблюдений по 17 водоносным горизонтам показали,
что коэфициент подземного стока для горизонтов, не затронутых
184

'горными выработками, колеблется от 0,2 до 0,3; для горизонтов,
прорезанных выработками, о<н оказался несколько выше — от 0,2
до 0,4, доходя до 1,0, когда питание атмосферными водами
принимает характер инфлюиции.
В среднем Н. С. Токарев принимает для водоносных
песчаников Донбасса коэфициент подземного стока равным 0,25.
Переходя к модулю подземного стока, он для минимального
значения коэфициента стока 0,2 и количества атмосферных
осадков 263 мм в год находит:
0,263- 10». 103-0,2 , 2
JVi — 365 . 86400 J-'' ¦/*'сел" %М "
Такова получилась величина модуля подземного стока для
водоносных песчаников Донбасса.
Для меловых отложений, по 'наблюдениям в Часав-Ярской
мульде, он определил среднегодовой расход подземного потока
300 л/сек при площади 190 км*, что дает величину подземного
стока равной 1,6 я/сек км2.
Для песчаных отложений второй аллювиальной терасы р.
Северного Донца, по наблюдениям В. С. Попова, средний
многолетний расход был определен 230 я/сек, что при площади питания
110 км2 дает модуль подземного стока 2,1 я/сек км2.
Более детальный подсчет баланса грунтовых вод с учетом
составных его элементов питания т расход представляет довольно
сложную задачу. Дело особенно усложняется, когда, помимо
инфильтрации атмосферных осадков, мы имеем в области питания
поглощение также поверхностных речных вод, что мы наблюдаем
в карстовых и в предгорных районах.
Баланс грунтовых вод или по крайней мере коэфициент
подземного стока полезно подсчитывать по данным определения
расхода грунтового потока посредством опытных откачек в целях
контроля в виде поверочного расчета водных ресурсов по балансу.
Для этой цели определяется площадь питания грунтового потока,
получаются сведения об атмосферных осадках, и коэфициент
подземного стока вычисляется как частное от деления расхода
потока, определенного откачкой Q, на суммарное количество
атмосферных осадков, выпавших на площадь питания:
__ Q • 365
а ~~ ~N ™ш 10б~
где Q—суточный расход, в мп,
N— осадки, в м%
to—площадь области питания, в км2.
Такой расчет нами выполнен был для бассейна р. Пехорки
в районе Москвы, где в флювиогляциональных. отложениях был
между р. Пехоркой и Купавенкой определен расход грунтового
потока Q = 14,847 м3/сутки. Площадь питания — 80 км2,
атмосферные осадки на год определения (1929— 1930) —504 мм. Подсчет
коэфициента подземного стока по этим данным дал величину 0,13.
185

§ 47. Разведка артезианских вод
Особенности разведки артезианских вод обусловливаются
относительно большой глубиной их залегания, исчисляемой нередко*
сотнями метров, а также характером режима, создающимся в
условиях изоляции артезианских вод водоупорными слоями кровли
от влияния атмосферных факторов и поверхностных вод,
отдаленностью области питания.
Основным средством изучения артезианских вод при их
большой глубине залегания является бурение скважин и опытные
откачки. Что касается общих геологических и гидрогеологических
исследований (съемки и поиски), то при изучении артезианских вод
они проводятся, как правило, лишь в стадии рекогносцировочного
исследования, а нередко и вовое не ставятся. Здесь могут быть
выделены два случая: 1-й, когда поиски и разведки вод ставятся
в крупном артезианском бассейне (как например, Днепровско-До-
нецкая впадина, Московская палеозойская котловина) и
требуемое количество воды составляет незначительную долю общих
водных ресурсов бассейна; 2-й случай, когда объектом использования
являются малые артезианские бассейны, которые мы встречаем,
например, в областях мелкой складчатости, в предгорных
образованиях, в межморенных флювиогляциальных отложениях, причем
потребное количество воды приближается к общим водным ресурсам
бассейна.
В первом случае специальные .детальные исследования в.виде
геологических съемок обычно не ставятся, так как обычно по
крупным артезианским бассейнам имеется много материалов в
литературе и в фондах, которых бывает достаточно для выяснения
условий залегания водоносных горизонтов в исследуемом пункте.
Для этой цели важное значение приобретают сведения о
существующих в изучаемом районе буровых на воду скважинах,
которые должны быть собраны с исчерпывающей полнотой. Здесь надо
отметить следующие сведения: высотное положение скважин,
пройденные породы и водоносные горизонты, данные откачек, анализы
воды, оборудование скважин.
На основании собранных материалов выбираются наиболее
удовлетворяющие целям использования водоносные горизонты,
определяется глубина их залегания, состав пород, что затем используется
для намечения разведочных или разведочно-эксплоатационных
скважин при составлении проекта их бурения (о чем см. гл. IV,
§ 31). Если артезианские воды района оказываются мало
изученными, то постановка общих геологических и гидрогеологических
исследований для обоснования разведочного глубокого бурения
іриобретают весьма важное значение. Для крупного артезианского
бассейна эти общие исследования, охватывающие широкие
площади, приобретают характер работ крупной экспедиции
государственного значения, и обычные гидрогеологические партии,
ведущие изыскания для водоснабжения конкретного объекта, не
могут взять на себя такую задачу и должны лишь поставить вопрос
186

об этом перед соответствующими государственными
геологическими учреждениями (Министерство по делам геологии при Совете
министров СССР).
Общие геологические и гидрогеологические исследования,
охватывающие артезианский бассейн в целом, ставятся обычно для
малых бассейнов тогда, когда потребное количество воды
приближается к общей сумме водных ресурсов бассейна. В основе этих
исследований должна быть детальная комплексная
гидрогеологическая съемка в масштабе не мельче 1 : 50 000, 1 : 100 000.
В результате должны быть составлены геологические и
гидрогеологические карты бассейна, а также пластовые карты,
изображающие залегания артезианских водоносных горизонтов с
изолиниями их кровли и изопьезами. Те и другие изолинии при
сопоставлении с гипсометрической картой дают глубину залегания
водоносных горизонтов и положение напорного уровня воды, определяя
также места возможного самоизлива скважин.
§ 48. Определение ресурсов артезианских вод
В деле оценки ресурсов артезианских вод должны учитываться
следующие основные гидрогеологические факторы, определяющие
производительность артезианского водоносного пласта: мощность
и водопроводимость Пласта, высота напора, условия питания,
расстояние мест водозабора от областей питания и дренирования.
Высота напора для артезианских вод имеет, как правило,
значительную величину и дает возможность создания значительного
понижения уровня и соответствующей высокой производительности
водосборов. Возможность эксплоатации артезианских вод с
большими понижениями пьезометрического уровня составляет одно из
преимуществ артезианских вод сравнительно с грунтовыми
неглубокими водами. С другой стороны, большая удаленность от
областей питания создает менее благоприятные условия для подтока
вод к месту водозаборов. При эксплоатации артезианских вод в
закрытых бассейнах образуются большие депресии напорного
уровня как по величине понижения, так и по радиусу депрессионной
воронки.
Для производительности артезианского водоносного пласта
большое значение имеет наличие «окон» в кровле пласта, через
которые может при достаточном понижении привлекаться
дополнительный приток воды из выше лежащих водоносных горизонтов
и даже из грунтовых вод, а через них и из поверхностных
водоемов. Высокая производительность водосборов и относительно
небольшая (по радиусу влияния) депрессия во многих артезианских
бассейнах объясняется связью эксплоатируемого горизонта с
вышележащими грунтовыми водами, что равносильно приближению
мест водозабора к области питания. Таковы условия эксплоатации
артезианских вод верхнекаменноугольного водоносного горизонта
в Московском артезианском бассейне, в восточной части которого
артезианские скважины дают очень большое количества воды.
187

Удельный дебит их нередко превышает 150—200 м?/час, а общий
дебит отдельных скважин доходит до 455 м3/час
(Гусь-Хрустальный), 369 м3/час и 1646 лР/час (ст. Черусти).
Отмеченным обстоятельством, повидимому, объясняется также
высокий дебит артезианских водозаборов (систем артезианских
скважин) в некоторых крупных населенных пунктах Украины,
использующих артезианскую воду из сеноманского и юрского
водоносных горизонтов артезианского бассейна Днепровско-Донецкой
впадины, где К- И. Маковым было отмечено несоответствие
между величиной дебита существующих эксплоатационных
водозаборов и малым естественным расходом указанных водоносных
горизонтов.
Несомненно здесь имеет место приток воды в артезианские
планеты через окна в кровле последйих из грунтовых вод, пополнение
А запасов которых обеспечено местным питанием, атмосферным*
if. осадками и поверхностными водами.
С- I Для конкретного определения ресурсов артезианских вод ос-
Ф ' новным средством, как и для грунтовых вод, служат опытные от-
t качки, однако в выборе метода откачки здесь должны быть при-
с няты во внимание отмеченные выше особенности артезианских вод
f и их большая глубина залегания.
Метод Тима, который так широко применяется для грунтовых
потоков, для артезианских вод применим лишь в случаях, когда
глубина исследуемого водоносного пласта невелика и когда
имеется четко выраженный поток подземных вод с относительно
большим напорным градиентом. Такого рода артезианские потоки
встречаются чаще в малых артезианских бассейнах горных районов,
например, в предгорных галечниках наклонных равнин. В таких
условиях метод Тима может дать вполне конкретные результаты,
так как определяемая им величина расхода артезианского потока
может составить значительную величину, на которую можно
ориентироваться в оценке эксплоатационных ресурсов артезианских вод.
Для крупных и глубоких артезианских бассейнов, не говоря
уже о невозможности заложения в них большого количества
наблюдательных скважин, мы должны отметить малую надежность
точного определения естественного расхода артезианского потока
ввиду чрезвычайно малых скоростей движения артезианских вод
в таких бассейнах. Кроме того, надо отметить, что в деле оценки
эксплоатационных ресурсов мы не можем ориентироваться на
величину естественного расхода ввиду трудности оценить ширину
потока, которую могут захватить эксплоатационные скважины, а также
.по причине возможности привлечения дополнительных водных
ресурсов из других водоносных пластов и в числе их из грунтовых вод.
Более конкретные данные дает опытная откачка из
артезианской скважины в виде опытной эксплоатации с исследованием про-,
изводительности и взаимодействия скважин. Для этой цели
проводится откачка из спаренных скважин или из групп скважин,
сначала поодиночке, а затем совместно, причем наблюдаются
понижения уровня воды в центральных скважинах и так называемые
.188

«срезки» уровня в других скважинах, служащих наблюдательными..
Полученные результаты подвергаются математической обработке
в целях определения кривой дебита для каждой -скважины, а
также для расчета их взаимодействия. Результаты этих расчетов
должны послужить основой для оценки заложения возможного
числа скважин на данном участке артезианского бассейна и их
суммарного дебита при учете взаимодействия скважин, что и
может быть принято в данном случае как количественное выражение
эксплоатационных ресурсов артезианских вод.
Для оценки взаимодействия артезианских скважин можно
воспользоваться известными теоретическими формулами Сихтера ж
Форхгеймера, с которыми можно ознакомиться в «Основах дина»
мики подземных вод». Применение этих формул, однако, встречает
затруднения ввиду неопределенности, создающейся при отсутствии
данных о радиусе влияния и коэфициенте фильтрации пласта. Для
практических расчетов М. Е. Альтовский и А. М. Агаджанов почти і
одновременно предложили приближенный гидравлический метод, ?
основанный на определении понижения уровня вТкважине, из ко-/
торой производится
откачка, и срезки уровня
(понижения) в другой
скважине (рис. 47). М. Е
Альтовский полагает
следующие допущения:
1. Учитывая срезку
уровня воды / во
взаимодействующих скважинах
будем вести расчет их
дебита не от
первоначального 'уровня, а от уровня,
уменьшенного на
величину срезки. При этом
принимается, что зависимость
дебита от понижения
остается той же, что и без
взаимодействия.
2. При взаимодействии
нескольких скважин
срезка от влияния ряда скважин суммируется (при условии равенства
понижений).
В случае прямолинейной зависимости между дебитом и
понижением, которую мы по преимуществу наблюдаем при откачке из
артезианских скважин, метод срезок Альтовского представляет собой
довольно простое средство для практических расчетов
взаимодействующих скважин и, как показывает опыт, дает довольно точные
результаты, если число скважин не очень велико.
Рассмотрим сначала взаимодействие двух скважин (рис. 47).
Принимая во внимание приведенные выше основные положения,
мы можем для дебитов взаимодействующих скважин написать:
Рис. 4?. Схема взаимодействия скоажиіг
Сплошными-линиями изображены кривые депрессии
при одиночных откачках, пунктирной линией—при
взаимодействии.
189

Qi = gi (sx - Ь)
©2 = ^2 (52—12)
где Ql и Q2—дебиты скважин 1-й и 2-й;
qY и <72—их удельные дебиты, которые, согласно допущению
Альтовского, принимаются постоянными;
Sj и яг—понижения в скважинах, считая от начального
статического уровня,
і\ и ?2—срезки уровней воды, создающиеся от влияния 2-й
скважины на 1-ю и, наоборот,—от влияния 1-й
на 2-ю.
Величины срезок можно получить непосредственно наблюдением
при одиночной откачке сначала из одной скважины, затем из
другой, однако истинные срезки при одновременной откачке из обоих
скважин будут несколько больше.
Для определения истинных срезок воспользуемся соотношением
между дебитами скважин и срезками уровня воды в соседних
скважинах при одиночной откачке и при совместной откачке:
*і Яг „ h Qi.
—, - — - , и - , — ,
где t\—срезка в 1-й скважине, соответствующая дебиту в 2-й
скважине при одиночной откачке;
t'2~срезка в 2-й скважине, соответствующая дебиту в 1-й
скважине при одиночной откачке.
tx и 4—истинные срезки в тех же скважинах при одновременной
откачке из обоих скважин с дебитом ft и Q2 в условиях
взаимодействия.
Подставим в приведенные выше пропорции выражения дебита
скважины через удельный дебит и понижение, т. е. Q2 = q2
(s2 — t2) и Q'2 = q2s2 получим:
1 Я^% h ЯЛ
или, сократив на q2 и qx получим:
_*i s2 — tt. f2 Si — *i
Решая совместно эту систему 2-х уравнений относительно
и tx и ?2, найдем выражения истинных срезок:
, Si«2— Sit'2
г t
to ?_
8182 — /j ?2
J$0

или, разделив правые части полученных выражений на s^,
получим:
1 — 1 — —
«2
h—^і—---.-_ ; t2~^tv
Если срезки в обеих скважинах одинаковы, то приравнивая
^1 = ^, получим более простые выражения для истинных срезок:
Для расчета дебитов взаимодействующих скважин М. С. Аль-
товский вводит понятие коэфициента снижения дебита, который
равен:
Q[ - Qy
а = —ОТ"
или, подставляя вместо дебитов их выражение через удельный
дебит и понижения, получим:
Пользуясь величиной коэфициента снижения дебита,
вычисленного по предыдущей простой формуле, мы получим следущую
формулу для расчета дебита при взаимодействии двух скважин:
Qi = QI О-*)-
В случае большого числа взаимодействующих скважин
принимается, что срезки от действия ряда скважин на одну скважину
при одинаковом понижении во всех скважинах суммируются:
В соответствии с этим и суммарный коэфициент снижения дебита
тоже приравнивается к сумме коэфициентов снижения от
действия отдельных скважин:
На - ..- а, • (¦ а2 - • '• -\- ап .
Для учета одновременного влияния всех скважин М. Е. Альтов-
ский вводит поправку при вычислении истинного суммарного
коэфициента снижения дебита, пользуясь выражением величины
истинной срезки:
или то же для „истинной" суммарной срезки:
На основании выведенных формул намечается следующая
методика расчета взаимодействующих скважин. Величины срезок и
коэфициента снижения дебита определяются на основании наблю-
191

д?ний при производстве опытных откачек. При этом для тех
скважин, которые имеются в опытной системе в качестве
наблюдательных, а затем и опытных (роли их могут меняться), срезки
определяются непосредственно из опыта наблюдением. Если же имеется
в виду включить в расчет также и скважины проектируемые, та
для них срезки вычисляются по формуле Дюпюи:
где ^—срезка уровня одной из имеющихся наблюдательных
скважин,
^—срезка в скважине проектируемой,
хх и х2—расстояние той и другой скважины до центральной.
Для той же цели М. Е. Альтовский применяет формулу
Дюпюи в другом виде:
п __ ZnKMij : n__27tKMf2_
Х1 х2
где іг и ^—понижения или срезки уровней воды в скважинах
на расстояниях хг и х2 от центральной скважины,
из которой производится откачка.
Приравняв правые части этих уравнений и сократив на 2ъКМг
жолучим:
*j_ = ...__*а_
m JL in 2L
Хх Х2
Пользуясь этим соотношением, можно по* срезке в одной
наблюдательной скважине, например tl на расстоянии хх от центральной
вычислить срезку t2 в любой другой заданной скважине на
расстоянии х2 от центральной. При этом требуется определить радиус
влияния, который может быть вычислен по уравнению Дюпюи,
составленному для наблюдательной скважины:
Q =
2пКМ-і
\r\R — іпх1
откуда:
, п 2ъКМіх . ,
1п/? = Q-^- + lnXi.
Определив срезку во всех заданных скважинах, можно подсчитать
частный коэфициент снижения для каждой скважины по
формулам:
h a
«і = Т- *2 = .* '
а также суммарные коэфициенты снижения дебита по
вышеприведенной формуле.
Для вышеизложенных определений по методу Альтовского
требуются две скважины, которые следует оборудовать как опытные.
Из каждой скважины сначала проводится одиночная откачка с
наблюдением за понижением уровня (срезкой) в другой. Затем
проводится откачка одновременно из обеих скважин; наблюдения за
192

понижением при этом позволяют произвести сопоставление
расчета взаимодействующих скважин с опытными данными. Каждая
откачка проводится на 2—3 понижения для установления
зависимости дебита от понижения и для определения удельного дебита.
Пример. При откачке из двух опытных скважин, заложенных
в артезианском водоносном горизонте, сложенном разнозернисты-
ми гравелистыми песками, были получены следующие данные
(табл. 14).
Таблица 14
Дебит и понижения при одиночных откачках
1-я опытная скважина
Дебит Qi
л/сек
6,10
16,00

Понижение $і
м
1,20
3,00
Срезка
уровня /j
м
0,19
0,39
2-я опытная скважина
Дебит Q2
л/сек
6,15
15,65

Понижение 52
Лі
1,20
3,00
Срезка
уровня t2
м
0,18
0,42
Расстояние между опытными скважинами 200 м. Требуется
рассчитать дебит взаимодействующих скважин, расположенных в том
же пласте на прямой линии на расстоянии 209 м одна ^т другой,
при понижении 5 м.
Из опытных скважин, кроме одиночны: откачек, были
проведены групповые откачки (табл. 15), позволившие проверить
расчеты взаимодействия двух опытных скважин.
Таблица 15
Дебит и понижение при совместной откачке
1-я опытная скважина 2-я опытная скважина
Дебит Qi
л/сек
5,00
13,20
Понижение Si
1.20
3,00
Дебит Q2
AJCfK
5,30
13,50
Понижение s%
м
1,20
3,00
Вычислим для проверки расчетных формул дебиты тех же двух
скважин при их взаимодейстпии для понижений 1,20 м и 3,00 м на
основании величины срезок, ію,"у:рчных при одиночных откачках.
Таблица 16
Вычисление дебита л »ух взаимодействующих скважин
Вычисление дебита скважины 1-й при взаимодействии со скважиной 2-й
Удельный
дебит
Ajeen
і\ pR
5,33
Понижение
S
лі
! 1,20
1 3,00
Срезка при
одиночной
откачке t
м
0 19
0,39
Истинная
срезка
0.16
0,38
Дебит,
вычисленный
л/сек
5,3
13,95
Дебит,
полученный
при
совместной
откачке
5,00
13,20
13 Каменский

Вычисление дебита скважины 2-й при взаимодействии со скважиной 1-й
Дебит взаимодействия
двух скважин
вычислено | по опытной
Q = q (s — t) | откачке
5,12
5,23
1,20
3,00
0,18
0,42
1
0,16 5 ,.33
0,36 I 13,81
5,30
13,50
Произведем теперь расчет пяти взаимодействующих скважин,
для чего вычислим сначала срезки уровня воды для одиночных
откачек, исходя из величины срезки одной из опытных скважин,
например 2-й. Величина этой срезки для 5 м понижения t2
определится из допущения пропорциональности понижения и срезок:
t--^o ''., 0,70 .и.
Перейдем к вычислению срезок для каждой из пяти проектируемых
скважин, пользуясь формулой Дюшои.
Вычислим радиус влияния, пользуясь данными величии
понижения 5 = 500 в 1-й скважине п срезкой /-—0,70 в 2-й скважине.
Для этого составим два уравнения Дюшои:
^ " 1пК — \т и ^ ~ 1пК - 1п200 '
где М—мощность артезианского пласта. Приравняв правые части
уравнений и сократив на 2~К, получим уравнение:
Sj tz
~шГ^'ЫіГ '"^ ~ыГ^ 1Й200'
it; '.»ііН"/і- г;
Подсчитав значение понижения 51 = 5,0 м срезки /.,=0,7
и радиуса скважин г = 0,1 м, получим:
5 _ 0,7
\\\R — InO.l '" \nli~ 1п200
или:
j. yh,. , :5(1п/? —1п200) = 0,7(1пД —1п0,1)
, Произведя вычисления, найдем R:
/?=,-= 700 м.
Для вычисления срезок по одиночным откачкам для
расстояний 400 и' 600 м воспользуемся соотношениями:
^200 __ ^400 'GOO
,„700 "~ , 7(";0 ~~ , 700
1п— 1п— In--
..¦::.:¦:,¦. 200 400 600
\і:\'-ЛУА- >'•¦•¦ ¦ • '•
Свез^тз пасл-едз-тй наиболее отдаленной скважине на расстоянии
80Й.ві?-от-' е-: больше радиуса влияния, будет равно нулю.
._Шш>зу$ісь--«олуч^няымй- значениями срезок, соответствующих
оди-нфчным откачкам, вычислим истинные срезки для каждой из
о скоажин при "групповой откачке при одинаковом понижении во
всех скважинах 5 = 5 м и дебиты при групповой откачке по вели-
194
Удельный
дебит q
лісек
Понижение
Срезки при
одиночной
откачке t
м
Истинные
срезки
1о —' —, —
5 -¦-1

m w
H
« с Э w ---.
et 8 * 4
1 li
CO
2 <У
D5 «0
о
¦**
>|
-f
«о
S SS. Л
<-> *-> и
**"*
л и
о
44
Я
5 о х I
* *¦ ? < о
л ? 5 "*¦*
се я в &\
0,Я И ь*
с м ° -
о л*
4-
„0
3
0
в
^ —
S3
и _
и ас
3 2
Л О к
S § 2 *
те Я и
s 9-е
„ SS К Си
о;
к
м
о
«
к u
4 к
о, • - ж
О
п
CJ
О.
о
ичина
ч
<и
СО
о
с5
UD
.
О
О
о
о
CS
1
о
и о
^ (J
и 55 ¦¦*
сиг,
ч-і СО
33
«з з
5 «
! u a.
1 *^*
О
о
о
to
0
0
Tj*
0
0
CM
ей
Sstos
0* a
С
2 в К
о 5
*
ЮОО ©Ю
0<01^ССИО
cs —.^~-cn
ЮЮ "^ 1ОЮ
00 ем м< сч 00
О ^-Г—* ^ О
ГО Tj* ~-« ^ CO
00 h- t^r-^CO
оо'оЪ'о"
CO CO CN СО СО
ONO t^O.
,-т,-гсч--?*-?
<NCS
00
0*0*0 о о
С*0 СО СО
сГсГо'о о
о ооо
t- t-1^ t^-
o"oo~o~o
(MCN
00
000 0*0*
— T-» •—*
CO COCO
00000*
0000
t- (^ t-»l^
oo"o*oo*
1010101010
—¦ (N CO *** Ю
чине удельногр дерита,
.определенного для скважины 2-й:
15і65
4 = —=-
= 5,22
о
см
Вычисления расположим в тао-
лице 17. ..,,,.. ,,,.. .
В некоторых случаях задача
определения эксплоатационных
росурсов артезианских вод
ставится в пунктах, где уже имеются
эксплоатационные артезианские
скважины, взаимодействующие
между собой и создающие
районную депрессию
пьезометрического уровня. В таких случаях
обычно ставится задача определения
дополнительных ресурсов вод,
которые можно извлечь из данного
пласта путем заложения новых
скважин или путем более
интенсивной эксплоатации
существующих. Для оценки дополнительных
ресурсов артезианских вод
строится общая депрессионная
воронка. Вычертив депрессионную
воронку в пласте и в разрезе,
отмечают в середине ее точку с
максимальным понижением и
определяют величину этого понижения,
сопоставляя с первоначальным
статическим уровнем, который был
в данном месте до сооружения
артезианских скважин.
Затем на основании
наблюдений за ряд лет устанавливается
зависимость между понижением
в центре районной депрессии и
суммарйьш дебитом всей системы
ркважин. Получается зависимость,
аналогичная зависимости между
дебитом и понижением в
артезианской скважине. По значениям
дебита и понижения за разные
годы определяется приращение
дебита на один метр понижения,
что соответствует удельному
дебиту, или же определяется
понижение, соответствующее
приращению дебита на 1000 мУсутки,
195

что носит название удельной депрессии.
Последнюю величину получим также, разделив общее
понижение пьезометрического уровня в центре депрессии на число тысяч
куб. м суточного дебита всех скважин районной депрессии.
Для определения возможного дополнительного отбора воды
принимается, что удельная депрессия при дальнейшем возрастании,
дебита всей группы скважин сохраняется постоянной, что
равносильно допущению пропорциональности понижения в центре
районкой депрессии общему дебиту скважин.
Оценка возможных дополнительных ресурсов артезианских вод
связана с оценкой возможного дополнительного увеличения
понижения динамического уровня в скважинах.
Приемлемое или допустимое дополнительное снижение
динамического уровня в эксплоатационных скважинах определяется с
учетом технического состояния насосного оборудования скважин,
которое должно быть в этом случае подвергнуто той или иной
реконструкции или заменено другим для более глубокого понижения,
а также с учетом экономической целесообразности
дополнительных затрат на переоборудование скважин и на возрастающие при
увеличении понижения эксплоатационные расходы на добычу
воды. В качестве примера приведем данные использования юрского
водоносного горизонта в г. Киеве (табл. 18).
Таблица 1&
Развитие депрессии пьезометрического уровня сеноманского
артезианского горизонта в г. Киеве
Год
Средний суточный
расход Q
тыс. м%
(округленно)
Понижение пьезометра
5 в глубокой части
депрессии Главного и Ме-
жигорского районов
против 1896 г.
Удельная
депрессия
а =^
1926
1927
1928
1929
1930
1931
1932
1933
11,000
11,700
15,200
19,!Ч.О
25,000
30,100
38,100
36,100
м
2,56
4,89
9,24
13,44
14,00
16,Ь6
17Д)
18,U)
0,256
0.418
0,679
0,692
0,560
0,560
0,527
0,500
§ 49. Особенности гидрогеологического исследования источников
водоснабжения в условиях вечной мерзлоты
Поиски и разведка подземных вод в условиях вечной мерзлоты
значительно осложняются своеобразными особенностями
термического режима этой зоны: наличием мерзлого слоя с постоянно
отрицательнымиггемпературами, содержащего воду главным
образом в твердой фазе, а также периодическим промерзанием над-
мерзлотного деятельного слоя.
Трудные условия водоснабжения в зоне вечной мерзлоты,
создаваемые промерзаемостью большинства рек и неглубоких
грунтовых вод деятельного слоя, требуют при выборе источника
водоснабжения учета наряду с подземными водами и других водных

ресурсов: рек и озер, атмосферных вод, воды в виде льда
современного (наледи) и ископаемого (в толще вечной мерзлоты).
При выборе источников водоснабжения должны быть прежде
всего учтены особенности основных типов подземных вод зоны
вечной мерзлоты: 1) вод надмерзлотных, обладающих
непостоянством ввиду значительного их промерзания в зимнее время, и
2) вод подмерзлотных и межмерзлотных, являющихся наиболее
надежным источником водоснабжения как по качеству воды, так
и по постоянству дебита.
Окончательный выбор того или иного источника водоснабжения
должен базироваться на тщательном их сравнении между собой.
В случае малого количества потребной воды источником
водоснабжения могут иногда служить надмерзлотные грунтовые воды
на участках, где промерзание не достигает основания водоносного
надмерзлогного горизонта. Надмерзлотные воды могут также
служить источником временного водоснабжения, например, для каких-
нибудь сезонных работ, по времени совпадающих с периодом
оттаивания надмерзлотных водоносных слоев.
Наиболее надежным источником водоснабжения в зоне вечной
мерзлоты следует считать подмерзлотные воды, которые могут
использоваться в виде выходящих на поверхность источников или
буровыми скважинами и колодцами. Поэтому в деле поисков
подземных вод для водоснабжения в условиях вечной мерзлоты
основной задачей ставится выяснение вопроса о нахождении в
исследуемой местности подмерзлотных вод и глубине их залегания.
Для оценки возможной глубины залегания подмерзлотных вод
прежде всего должны быть собраны имеющиеся данные о
мощности слоя вечной мерзлоты. Если конкретных данных о положении
нижней границы вечной мерзлоты в районе намечаемых разведок
не имеется, то для суждения по данному вопросу следует
руководствоваться известными в литературе региональными
закономерностями распространения и мощности вечной мерзлоты (см. в
работах М. Н. Сумгипа и Н. И. Толстихина).
Мощность вечной мерзлоты, как указывает Н. И. Толстихин,
одни исследователи определяют «по появлению воды в основании
мерзлой толщи пород, независимо от температуры воды, или по
изменению состояния грунта, отмечаемому в процессе проходки».
Другие устанавливают ее на основании измерения температуры
мерзлых пород и непосредственного определения глубины перехода
отрицательных температур в положительные; третьи определяют
глубину нижней границы отрицательных температур мерзлой зоны
методом интерполяции по данным геотермических наблюдений в верхней
части мерзлой зоны, вскрытой скважинами или горными
выработками, т. е. на основании определения геотермического градиента.
Надо иметь в виду, что в областях мощного раззития мерзлой
зоны (на крайнем севере Сибири), наблюдения показывают
обычно более медленное повышение температуры с глубиной, чем это
имеет место в районах с «нормальным» геотермическим
градиентом. Например, в Западной Европе принято считать за «норму»
197

на каждые 100 м глубины повышение температуры примерно на 3е.
В толще же мощной вечной мерзлоты на крайнем севере Сибири на
100 м повышение температуры иногда составляет только 1°.
Примеры различной мощности вечной мерзлоты приводятся в
табл. 19. Большая мощность вечной мерзлоты фактически
установлена в Амдерме, где в вечной мерзлоте пройдено 274 м, причем
мерзлота не была еще пройдена. Здесь интерполяцией по
температурным наблюдениям мощность пояса отрицательных температур
определена примерно в 400 м. Н. И. Толстихин полагает, что
максимальная мощность вечной мерзлоты на крайнем севере
превышает 600 м.
Таблица 19
Данные о мощности мерзлой зоны (по М. И. Сумгину и Н. М. Толстихину)
Место наблюдений
Север Европейской части
СССР
Рудник Раздельный
Рудник Воркута
Пустозерск
Оз. Вайгач
Крайний север Сибири
Амдерма
Устье Хатанги-Норильск
Якутск
Успенский прииск (Витимо-
Олекминское нагорье)
Бассейн р. Амур
Западное Забайкалье
Сковородино
Низовья р. Амур
Мощность
мерзлой
зоны
400-500
69,26
17,83
130
274, ок. 400
И Н
230
210
50-51
65-67
5-18
50
1—2
Примечания
По интерполяции
Не пройдена
Пройдена
Не пройдена
Не пройдена
По интерполяции
Пройдена
іі
п
»
и
«
я
Автор
П. В. Виттеябург,
1934
Н. Г. Датский
А. Шренк
В. М. Козлов, 1933
В. М. Пономарев
М. И. Сумгнн
Б. М. Демчинскмй
1935
В. М. Максимов
В. А. Обручев
Я. А. Макеров
іі. Дондобэ
А. В. Львов
И. К. СтатЬзскиіі
Особое значение приобретает в условиях вечной мерзлоты
изучение режима источников, так как единичные замеры дебита
последних могут здесь привести к весьма ошибочным заключениям.
Изучение режима источников дает ценный материал для суждения о
принадлежности источников к подмерзлотным или надмерзлотным
водам. %
Толстихин подразделяет источники по их режиму на
постоянные и непостоянные.
1. Постоянные источники устойчивые по дебиту, составу,
температуре и месту выхода. Эти источники, как правило, питаются
подмерзлотными водами,
2. Источники, не постоянные по дебиту, разделяются на
источники: а) функционирующие круглый год, но обладающие лишь пере-
198

Таблица 20
Температура (в июле) мерзлой зоны в градусах Цельсия
(по Н. Г. Лопареву, 1933). Южные окраины мерзлой зоны ~
юго-восточное Забайкалье
Глубина замера
от поверхности
м
0,5
1,0
: 1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,6
10,5
11,0
11,5
12,0
12,5
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
16,5
17,0
17,5
18,0
Колодец № 1
грунт
+ 2,0
+ 1,4
+ 0,6
0,0
— 0,5
— 0,8
-і,з
-1,6
-1,9
-2,1
-2,3
-2,4
-2,4
-2,3
"2,0
-и
-1,6
-1,1
— 0,9
— 0,5
-од
+ 0,1*
0,0
-0,2
— 0,3
— 0,3
— 0,3
-2,0
-2,0
-0,1
-од
-1-0,1
-1- 0,2
+ 0,3
+ 0,4 ,
і
Колодец № 2
грунт
4-3,4
і
воздух
воздух на
в колодце поверхности
і
+ 3,5
+ 3,1 +4,6 •
+ 2.7 +3,8
+ 2,3 1 +3,8
+ 2,0
+ 1,6
+ М
+ 1.1
+ 0,8
+ 0,6
+ 0,3
Л 0,2
— 0,3
-0,4
-0,4
— 0,5
— 0,5
-0,4
-0,4
-0,4
— 0,2
-0,2
-0,2
-0,2
-0,4
— 0,3
-0,2
-0,2
-0,2
— 0,3
-0,2
-0,2
— 0,0
— 0,2
Ниже был не
+ 4,2
+ 5,2
+ 4,5
+ 4,5
+ 3,9 і + 4,6
+ 3,9
+ 3,9
+ 3,9
+ 4,0
+ 4,0
+ 4,0
+ 2,9
+ 2,9
+ 4,7
+ 4,8
+ 5,0
+ 0,8
+ 5,0
+ 5,0
+ 6,2
-4- 6,2
+ 2,4 + 6,0
+1.5
4-0,5
+ 0,4
+ 0,2
+ 0,1
+ 0,7
+ 1,1
+ 1.3
+ 1,6
+ 2,0
+ 5,2
+ 5,4
+ 5,5
+ 5,5
+ 5,5
+ 6,6 .
+ 6,6
-1 5,5
-1-5,5
¦ I- 5,5
тречен водонос
+ 6,5
+ 9,0
+ 2,0
+ 12,0
+16,0
Ь 8,0
г- 6,7
к 6,2
+ 5,9
+ 5,6
+ 8,0
+ 10,0
+ 10,0
+ ш,о
+ 10,0
+ 10,0
+ 13А
+ 15,5
+ 15,5
+ 16,0
лый горизонт
I
менньш дебитом, и б) источники сезонные, функционирующие часть
года, в) сменные, г) мигрирующие, д) периодически исчезающие.
Среди сезонных источников различаются источники
промерзания и оттаивания. Первые появляются зимой в связи с
промерзанием деятельного слоя, в котором воды, питающие данный
источник, летом текут скрытно. Вторые появляются летом или осенью
при оттаивании деятельного слоя.
Источники сменные имеют два выхода, из которых один
функционирует зимой, другой летом.
1 На глубине 4,50 м появились маленькие струйки воды, ниже вновь
следует мерзлота.
199

і
Мигрирующие источники имеют непостоянное место выхода, а
изменяющееся из года в год или иногда несколько раз в году.
Источники, периодически исчезающие, иногда исчезают на
несколько лет, а затем снова появляются на некоторое время.
Из сказанного видно, что производство гидрогеологических
съемок в мерзлотных районах не может ограничиться лишь летним
сезоном, но должно производиться и зимой. Особенно важны
полевые наблюдения в конце зимы, в период наибольшего
промерзания. В это время многие источники, питающиеся надмерзлотными
водами, иссякают и остаются лишь более постоянные источники,
могущие служить достаточно достоверным поисковым признаком
на подмерзлотные воды.
Важным объектом полевых зимних наблюдений являются
наледи, которые к концу зимы приобретают максимальное
развитие. Все проявления «наледного процесса» (бугры,
гидролакколиты, наледи подземных и поверхностных вод и т. п.) должны быть
зарегистрированы. Наледи, образующиеся за счет выхода
подземных вод, должны быть измерены для определении объема
излившейся воды, по которому можно судить о зимнем расходе источника.
Разведочное бурение на воду в мерзлотных грунтах связано
с некоторыми осложнениями при проходке слоев с
отрицательными температурами, под влиянием которых вода в скважине может
замерзать и захватывать буровые инструменты. Для устранения
этих нежелательных явлений или для их предупреждения иногда
применяется нагретая вода или водяной пар, а также рассол, не
замерзающий при температуре несколько градусов ниже нуля.
Применение тех и других приемов вносит некоторые
осложнения в наблюдения за вскрываемыми скважинами водами.
В процессе бурения в толще мерзлоты, помимо обычных
гидрогеологических наблюдений и документации, должны
систематически тщательно производиться измерения температур в забое
скважины при помощи специальных «ленивых» термометров или
электротермометров. Данные геотермических наблюдений составляют
основу для оценки глубины нижней границы вечной мерзлоты, а
сопоставление геотермических наблюдений в разведочных
скважинах может дать указания для выяснения мест расположения
таликов, местонахождения которых среди области распространения
вечной мерзлоты отличаются повышенными температурами.
Производство опытных откачек при определении
производительности и запасов пвдземных вод в условиях вечной мерзлоты
должно быть поставлено с учетом особенностей режима различных
категорий подземных вод: надмерзлотных и подмерзлотных.
Из надмерзлотных вод для водоснабжения могут иметь
существенное значение подрусловые потоки, заключенные в мощных
аллювиальных отложениях и обычно не промерзающие до основания
в течение зимы. Для надмерзлотных вод, дебит которых в течение
года подвержен значительным колебаниям, разведочными и
опытными работами должны быть определены максимальный и
минимальный расходы водозаборов.
200

Определения максимальной производительности надмерзлотных
вод производятся в период наибольшего оттаивания — летом.
Опытные откачки проводятся по методу Тима с последующим
подсчетом расхода потока, или по методу опытной эксплоатации с
оценкой взаимодействия скважин. В летний период очень важно учесть
возможное влияние на производительность водоносного пласта
поверхностных вод, что особенно может проявляться в подрусловых
потоках, находящихся в гидравлической связи с речными водами.
Определение минимальных ресурсов надмерзлотных вод
производится в период наибольшего промерзания в конце зимы, когда
маломощные надмерзлотные водоносные слои промерзают
полностью, более же мощные сокращаются до минимума. Опытная
откачка здесь в ответственных случаях должна быть достаточно
продолжительной (10— 15 суток, а иногда 1 —2 месяца).
Количественная оценка ресурсов надмерзлотных вод в условиях
промерзания, когда питание их прекращается и запасы тоже
значительно сокращаются, должна базироваться не на определении
естественного расхода грунтового потока, а в значительной мере на
временной сработке статических запасов, которые затем в период
летнего оттаивания восстанавливаются.
Что касается опытных откачек для испытания
производительности подмерзлотных вод, то здесь применимы те же методы, что
и для обычных артезианских вод или неглубоких напорных вод,
рекомендованные в предыдущих главах .
§ 50. Гидрогеологические данные для обоснования зон санитарной
охраны источников водоснабжения
В деле организации исследовательской работы для
обоснования зон санитарной охраны источников водоснабжения
руководящими принципами являются существующие по данному вопросу
законоположения, изложенные в постановлении СНК СССР от
17 мая 1937 г. за № 96/834 «О санитарной охране водоемов и
источников водоснабжения». Это постановление обязывает
одновременно с проектом водоснабжения представлять на утверждение
проект зоны санитарной охраны, а также устанавливать такие зоны
для существующих водопроводов.
Согласно этому постановлению зона санитарной охраны
делится на три пояса, в каждом из которых устанавливается особый
санитарный режим.
1-й пояс охватывает территорию, где находится самый источник
водоснабжения, в пределах участка забора воды и расположения
водопроводных сооружений. В этом поясе «запрещается
проживание и временное нахождение лиц, не связанных непосредственно
с работой на водопроводных сооружениях, а также какое бы то
ни было строительство, за исключением связанного с техническими
нуждами самого водопровода».
2-й пояс «охватывает территорию, непосредственно
окружающую источники водоснабжения». В нем «запрещается такое
использование территории или источников водоснабжения, которое
201

может вызвать качественное или количественное ухудшение
последних».
3-й пояс «охватывает смежную со вторым поясом территорию,
неблагополучное состояние которой может вызвать
распространение инфекционных заболеваний через водопровод».
В третьем поясе органы здравоохранения ведут учет водных
инфекций, организуя здесь систематические санитарные наблюдения,
почему данный пояс получил еще ранее в постановлении
Совнаркома РСФСР от 6 июля 1928 г. наименование «зоны наблюдений». '!
Подробная характеристика зон охраны дается в изданном на
основании указанного выше закона от 17 мая 1937, г. «Положения
о проектировании зон санитарной охраны центрального
водоснабжения и водных источников», утвержденной Всесоюзной
государственной санитарной инспекцией 7 мая 1938 г. В этом положении
имеются следующие конкретные указания относительно охраны
подземных вод. В случае использования подземных вод:
а) первый пояс зоны при отсутствии особых показаний и
местных условий проектируется в виде концентрического участка
необходимого для ограждения каптажа, буровых скважин, водопроводт
иых сооружений от доступа к ним и от возможности загрязнения.
При определении границ участка необходимо руководствоваться
рельефом;
б) второй и третий пояса зоны устанавливаются в соответствии
с геологическими условиями областей накопления и питания
подземных вод и в соответствии с режмом подземных вод».
«В случае использования подрусловых вод необходимо
включение в тот или иной пояс зоны охраны участка водоема,
питающего эти воды».
Границы поясов зоны санитарной охраны, удовлетворяя
установленным законом требованиям, должны соответствовать
конкретным гидрогеологическим и санитарным условиям местности, где
расположен источник. В связи с этим зоны охраны и их
гидрогеологическое обоснование могут принимать различный характер в
зависимости оі рода источника подземных вод, от степени
подверженности источника загрязнению, от способности подземных вод
к самоочищению. С этой точки зрения могут быть выделены
следующие группы источников, расположенных ниже, в порядке
убывающей санитарной надежности:
а) глубокие артезианские воды, изолированные сверху от
проникновения поверхностных и грунтовых загрязненных вод
непроницаемой кровлей;
б) воды неглубоких артезианских пластов, не имеющие
сплошной водонепроницаемой кровли и благодаря наличию «окон» в
последней, сообщаются с грунтовыми и поверхностными и в случае
загрязнения могущие загрязняться;
'в) грунтовые воды в песчаных толщах, не закрытые сверху
непроницаемыми слоями, но благодарзі фильтрующим свойствам
песчаных грунтов при достаточно большой мощности толщи,
залегающей выше уровня грунтовых вод, обладают самоочищающей
202

способностью и на некотором расстоянии от источников
загрязнения могут считаться надежными в санитарном отношении;
г) воды трещиноватых пород и грубообломочных пород,
не имеющих сплошной непроницаемой кровли и не обладающих
способностью, как пески, очищать воду в процессе ее циркуляции;
д) карстовые воды при отсутствии сверху достаточно мощных
и водоупорных пород, подверженные загрязнению в наибольшей
степени.
Для глубоких артезианских вод, достаточно изолированных
сверху непроницаемой кровли и имеющих области питания
на достаточно большом расстоянии от мест водозабора, зона
охраньі может быть ограничена лишь одним первым поясом,
ограждающим непосредственно артезианские скважины и
водопроводные сооружения.
Требованиям санитарной охраны должна удовлетворять также
конструкция и состояние оборудования самой артезианской
скважины'в части крепления ее обсадными трубами в пределах
горизонта грунтовых вод и оборудования оголовка скважины.
В области питания крупных артезианских бассейнов,
находящихся обычно на большом расстоянии от мест водозабора
(десятки .и дажіе сотни километров), конечно, не требуется
устанавливать какие-либо охранные зоны.
Лишь в случае расположения артезианской скважины вблизи
выхода используемого артезианского горизонта на дневную
поверхность потребуется изучение местных условий и выяснение
гидродинамических соотношений между участком водозабора с
местами выхода артезианского горизонта. Если при этом обнаружится
возможность привлечения в эксплоатационные скважины
загрязненных грунтовых или поверхностных вод, то потребуется
установить охранные мероприятия с санитарными требованиями,
отвечающими 3-му поясу, а в некоторых исключительных случаях, может
быть и 2-му поясу.
Аналогично предыдущему пункту разрешается задача
обоснования охранной зоны эксплоатационных скважин, использующих
неглубокие артезианские горизонты, имеющие сообщения с
грунтовыми и поверхностными подами через «окна» в кровле
водоносного пласта, так как эти окна служат или местными участками
питания или стока вод. Нередко такие полуоткрытые артезианские
водоносные горизонты в населенных местах бывают уже
загрязненными и не могут служить источником водоснабжения. В
других случаях такие водоносные горизонты, обладая
удовлетворительным качеством в условиях природного режима могут быть
загрязнены при откачке вследствие привлечения поверхностных
загрязненных вод. В таких случаях оздоровительные мероприятия
и установление охранной зоны в виде 2-го или 3-го поясов на
участках сообщения напорных вод с поверхностью могут дать
положительный эффект, если загрязнение еще не проникло вглубь.
Если жб загрязнение уже проникло глубоко, то такие водоносные
горизонты не могут быть надежными в санитарном отношении.
203

В наиболее полном виде задача определения зон санитарной
охраны должна разрешаться для неперекрытых сверху
непроницаемыми породами грунтовых вод и в том числе для
трещинных и карстовых вод, область питания которых находится в
непосредственней близости к месту водозабора. Здесь охранная зона
осуществляется нормально в виде трех поясов. Первый пояс
должен оконтуривать участки самих водозаборов, которыми могут
быть одиночные каптажи, скважины или системы скважин. Второй
ттояс должен охватывать ближайшую часть площади питания.
Границы этого пояса устанавливаются в зависимости от направления
и скорости потока подземных вод, а также от фильтрующей
(очищающей) способности водоносных пород. Как правило, второй
пояс должен распространяться главным образом вверх по потоку
и тем дальше от места водозабора, чем более водопроницаемы
водоносные породы. Третий пояс для рассматриваемых категорий
подземных вод охватывает более отдаленные участки области
питания, а также площади, с которых воды поверхностного стока
могут попадать на ближайшие участки площади питания,
используемого грунтового потока.
В случае использования подруслового потока охранные пояса
включают в себя прилегающие участки реки, связанной с подрус-
ловым потоком и могущей питать его. Гидрогеологическое
обоснование описанных выше поясов зоны охраны составляется по
материалам детальных исследований, произведенных для
определения ресурсов грунтовых вод и для составления проекта их
использования, но иногда ставятся и специальные исследования, как
съемочные, так и разведочные. В целях получения более точных
данных о направлении и скорости подземных вод и выяснения
связи используемого грунтового потока с очагами загрязнения
з некоторых особо важных случаях следует ставить специальные
опытные работы по определению действительных скоростей и
направления движения подземных вод с применением различного
рода индикаторов (флюоресцеина, поваренной соли и др.).
Особенно целесообразным является применение индикаторов для
прослеживания потоков карстовых и трещинных вод и связи их с
важнейшими очагами загрязнения. Гидрогеологические обоснования
составляются в форме записки к проекту охранной зоны. В
записке дается характеристика водоносного грунта, строения
покрывающих пород, направления и скорости потока, режима подземных
вод, связи их с поверхностными водоемами.
Особое внимание должно быть уделено характеристике
площади питания. К записке должны быть приложены геологическая
карта, гидрогеологическая карта, литологическая карта
покрывающих пород с иллюстрирующими их разрезами и карты гидроизо-
гипс. В случае грунтового потока в песчаных четвертичных
отложениях очень важно составление геоморфологической карты.
Для карстовых вод должна быть составлена карта поглощающих
карстовых воронок, которые могут служить местами поглощения
загрязненных вод.

Глава VII
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГИДРОТЕХНИЧЕ-
СКИХ И ДРУГИХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Настоящей главой мы начинаем изучение ряда вопросов, в
которых гидрогеологические разведки ведутся не для использования
подземных вод, а для выяснения их роли в инженерно-строительном
деле, причем с подземными водами или проводится вести борьбу,
или регулировать их режим, или учитывать их влияние на
сооружения при проектировании.
Круг вопросов гидрогеологии, разрешаемых при проектировании
в строительстве сооружений, очень широк. В составе
геологических исследований, проводимых на участках возведения
сооружений, мы найдем все вилы гидрогеологических работ:
гидрогеологические съемки и разведки, выясняющие водоносность горных
пород, условия залегания водоносных горизонтов, их
производительность, химический состав и режим вод. Гидрогеологические
работы, входящие в комплекс инженерно-геологических
исследований, рассматриваются в инженерной геологии. Однако наряду с
этим существуют также гидрогеологические проблемы,
разрешаемые для инженерных целей, которые по своему содержанию
целиком относятся к гидрогеологии и должны быть рассмотрены в
нашем курсе. Таков -,тми являются проблемы режима подземных
вод и его изменения под влиянием сооружений. Из ряда
относящихся сюда вопросов мы рассмотрим два: 1) о подпоре грунтовых
вод и подтоплении под влиянием гидротехнических сооружений
и 2) о притоке грунтовых вод в строительные котлованы и борьбе
с этим явлением методами искусственного водопонижения.
§ 51. Гидрогеологические исследования в зоне подпора от
гидротехнических сооружений
Строительство гидротехнических сооружений, создающих
крупные водохранилища, вызвало к жизни оригинальную
гидрогеологическую задачу об определении подпора грунтовых вод,
возникающего в результате изменения режима их под влиянием гидротех-
205

нического строительства. Подпор грунтовых вод развивается
в прибрежной полосе водохранилища, где в соответствующих
условиях может создаваться подтопление земельных угодий и
различных сооружений: промышленных предприятий, жилых домов и т. п.
Площадь, на которой заметно проявляется подпор грунтовых
ііод, сопровождаемый отрицательными последствиями в виде под
топления, называется «зоной подтопления». Надо отметить, что
подтопление является условным техническим понятием. Для
земельных угодий подтопление может быть признано в тех местах, где
уровень грунтовых вод поднимается настолько высоко, что влечет
за собой заболачивание земель, до того бывших совсем
суходольными, или во всяком случае вызовет изменение водного режима в
сторону, неблагоприятную для произрастания культурных растений.
Принято говорить, что при подтоплении происходит трансформация
земельных угодий; например, пашня превратится в заболоченный
луг, луг — в болото.
Подтопленіие промышленных предприятий и жилых зданий
происходит при подъеме уровня грунтовых вод до уровня пола
подвальных помещений и основания сооружений, заглубленных
в грунт (например, котельные и механические цеха промышленных
предприятий с тяжелыми установками). Эти сооружения должны
быть защищены от подтопления или гидроизоляцией или же
понижением уровня грунтовых вод.
Затраты, требующиеся для защиты промышленных сооружений
или жилых зданий,- а также земельных угодий от подтопления, и
материальный ущерб от снижения ценности земельных угодий
вследствие их трансформации должны быть учтены при
определении стоимости проектируемого гидротехнического строительства
и.при оценке его рентабельности. Для крупных сооружений в
стадии технического проекта должна быть определена зона
подтопления в целом, а также выявлены подтопляемые промышленные
предприятия и.населенные пункты. Далее для наиболее важных
объектов. должны быть более точно определены размеры
подтопления и выяснены мероприятия, необходимые для защиты
сооружений и земельных участков от вредных последствий
подтопления.
Разрешение этих задач требует проведения специальных
гидрогеологических исследований, методика которых основана на
теории расчета подпора грунтовых вод, рассмотренной нами в
«Основах динамики подземных вод».
Нами были рассмотрены:
1) определение так называемого «стационарного подпора»,
т. е. подпора, определяемого,,приближенно в виде
установившегося положения уровня грунтовых вод, соответствующего
постоянной отметке уровня водохранилища;
.,,2) определение подпора с учетом влияния колебаний уровня
водохранилища и других факторов, влияющих на режим
грунтовых вод. Последняя задача, наиболее полно выясняющая явления
подпора, сформулирована нами как прогноз нового режима грун-
206

товых вод, который формируется под влиянием подпора
гидротехническим сооружением.
Исходными данными для расчетов подпора являются сведения
об уровнях грунтовых вод до подпора, об их естественном,
режиме. Для получения этих данных должны быть заложены створы
из нескольких скважин, в которых должны быть определены
уровни грунтовых вод и их сезонные колебания.
При тех иногда огромных территориях, на которых
распространяется подпор грунтовых вод в районе крупных гидротехнических
сооружений (на Рыбинском водохранилище береговая линия им^ет
протяжение свыше 1000 км), сплошное проведение указанных
гидрогеологических створов составило бы чрезвычайно трудную
задачу. Поэтому исследование зоіны подтопления проводится по
крайней мере в два этапа.
Исследования первого этапа носят рекогносцировочный
характер и осуществляются в виде комплексной геоморфологической и
гидрогеологической съемки в масштабе примерно 1 : 100 000. Эта
съемка вместе со сводкой всех имеющихся материалов по
геологии, гидрогеологии и рельефу местности должна дать материал
.для выязления действительных районов возможного подтопления.
Опыт показывает, что подтоплению подвергаются главным
образом пониженные участки аллювиальных террас (пойменных и
надпойменных). Достаточно высокие коренные берега рек обычно
заведомо являются не подтопляемыми. Для проведения данной съемки
большое значение имеет точная топографическая карта и
выяснение геоморфологии района. В результате съемки составляется
геологическая или геоморфологическая карта, причем очень важное
значение имеет для данной цели картирование четвертичных
отложений. Практические результаты изучения подпора грунтовых вод
на этом этапе отображаются в виде карты районов возможного
подтопления, на которой наносятся также другие явления,
связанные с подпором: участки переработки берегов, оползни.
В 1-м же этапе помимо съемки закладывается несколько
опорных поперечников (створов) скважин, оборудованных для
стационарных наблюдений за режимом грунтовых иод. Наблюдения должны
производиться в течение всего периода изысканий, а также
периода строительства и первых лет эксплоатации сооружений. Места
заложения гидрогеологических поперечников выбираются в целях
изучения режима грунтовых вод и условий развития подпора в
наиболее типичных местах, а также с учетом
народнохозяйственного значения участков возможного! подтопления.
В 2-м этапе исследования развертываются уже на участках
возможного подтопления, выявленных предшествующей съемкой или
рекогносцировочным исследованием.
Детальное гидрогеологическое исследование на подтопляемых
участках складывается из двух основных работ: 1) детальной
гидрогеологической съемки с мелкой зондировкой, имеющей целью
установление глубины грунтовых вод на всей площади
исследования, 2) бурения гидрогеологических поперечников (створов)
207

скважин для постановки режимных наблюдений и последующего
расчета подпора грунтовых под-
Масштаб детальной съемки, количество поперечников и вообще
степень детальности работы зависит от местных условий и
народнохозяйственного значения исследуемого участка; наиболее
употребительными масштабами съемки надо считать 1 : 25 000, 1 : 50 000,
а в некоторых случаях для более важных участков, населенных
пунктов и промышленных предприятий следует принять масштаб
1 : 10 000.
Расстояние между поперечниками скважин, которые должны
дать материал для расчета подпора грунтовых вод,
устанавливается в зависимости от сложности и неоднородности
гидрогеологических условий и от масштаба работ.
В работе по исследованию зоны подтопления Рыбинского
водохранилища Н. Н. Биндеман и Е. В. Шанцер установили
ориентировочные «нормы», изложенные в таблице (табл. 21).
В результате детальных исследовательских работ 2-го этапа
определяется расчетами величина подпора грунтовых вод по
поперечникам скважин. По полученным данным дается общая
количественная оценка размеров подтопления по всей исследованной
площади с определением границ зоны подтопления. Среди материалов
этих исследований существенное значение должны иметь следующие
карты: 1) геолого-литологическая, 2) гидрогеологическая с гидро-
изогипсами естественного зеркала грунтовых вод (до подпора),
3) глубин грунтовых вод до подпора, 4) гидроизогипс и глубин
грунтовых вод после подпора. Кроме того, целесообразно
составлять еще карту подтопления, на которой выделяются
подтопляемые районы с характеристикой размеров подтопления, участки
переработки берегов и вообще дается общее картографическое
отображение прогноза подтопления и некоторых конкретных
последствий подпора грунтовых вод.
Дальнейшие исследовательские работы на подтопляемых
площадях могут продолжаться в виде стационарных наблюдений за
режимом грунтовых вод, а на некоторых участках в виде
дополнительных изысканий для проектирования защитных
мелиоративных мероприятий, предупреждающих отрицательные последствия
подтопления.
Среди этих мероприятий особенное значение имеет заложение
дренажных сооружений, назначением которых является сохранение
уровней грунтовых вод на горизонте, примерно отвечающем их
бытовому режиму до подпора, что будет рассмотрено нами в
следующей главе, посвященной вопросам гидрогеологии в связи с
гидротехническими мелиорациями.
§ 52. Приток воды в строительные котлованы
Устройство котлованов при строительстве сооружений час: о
связано со вскрытием водоносных пород, сопровождающимся
значительным притоком грунтовых вод. Особенно значительные размеры
208

я
Я
а>
ч
с
о
н.
В О
я я
о 3
ём
О.Я
X
5 =^
« о .
? ч >»
** (J Q.
G. О 0J
С Я Я"
О К
я «а
gga
* s -
5 *s
о* х
о я^-
X аз я
? ж га
в ° s
О еі аз
ОЭ S- X
я * о
?*?
я =
°S
л я
S 5Г
* й
rt g
Б
Й w ^
Я R О
Я а;
я о
а. н
8*
о о
ч * ^ і
О U 5| !
« й I
К 6 rQ
я ч
д
Я
а
я
Я
•и га
*-• >й
Я
га
Я
н
и
о
к
о
н
5 я s
5 ? 5
я u
4
H
сю
я о
О Я
«ой
О d
я
(-. я
а
о
си
я
Й Си
CJ 3».
3§
я
ОС
О
I-
а
о
га
а
я
S
я
н
о
ЕГ
О
га
Си
w о
m m
О
Си
О
т
И ос
о га
и ер
«
и
в w
д га «
oj я о
8 5'ё
о я-?-^
Я 9 5
т си
<" и о
Сии О
га я
н *
a =s
и <и
га с°
«с о
о
ю
1 IS
ооо
О
о
(N
Ю
(N
§о
Ю
ГО
о
юю
<и
OOQ
ООО
ООО
оюо
т-CNiO
DC
>*•
К
0J
г;
С
О
н
гі
О
с
ш
о
ы
н
га
НИЦ
а
я
г
га
е{
О
X
я
Л
3
я
н
>,
Си
3
Си
га
U
>-.
сі
Ч
0)
г
•и
s
СТОЙ
и
а. га
и а
V,
*
*
приобретает приток подземных
вод в котлованы под
гидротехнические сооружения, которые
обычно закладываются в пониженных
местностях и заглубляются ниже
уровня грунтовых вод.
Например, при строительстве
канала Москва — Волга приток
грунтовых вод в котлованы под
сооружения и выемки канала
приобрел очень крупное значение и
вызвал необходимость создания
специальной службы грунтового
водоотлива.
Приток подземной воды в
котлованы нарушает нормальные
условия производства строительных
работ. Иногда в случае вскрытия
мощных водоносных пластов
котлованы затопляются, а при
вскрытии насыщенных водой
мелкозернистых глинистых песков и
супесей происходит оплывание и
оползание откосов котлована. Иногда
напорные воды взламывают дно
котлована.
Для характеристики величины
притоков приведем следующие
данные о водоотливе из
котлована канала Москва — Волга (табл.
22).
Приведенные в табл. 22
данное в большинстве случаев
представляют дебиты водопонизитель-
ных установок, состоящих из
скважин, окружающих котлован,
лишь в некоторых случаях
водоотлив был смешанный, т. е. частью
непосредственно из котлована,
частью из водопонизительных
скважин.
Из приведенных данных видно,
что в районе канала Москва —
Волга наиболее водообильными
являются дрезнеаллювиальные
отложения в г,:.йоне Икшанского
узла сооружений, где эти
отложения представлены
крупнозернистыми песками с гравием и галь-
14 Каменский
209

нами, коэфициент фильтрации которых, по определению откачками
в районе Икшанской плотины, достигает 300—400 місутки.
Котлованы, заложенные в таких породах, давали очень большой приток
воды. Небольшой, размером 15X40 м, котлован под разградительные
ворота, заложенный в древнеаллювиальных гравелистых песках,
давал до 350 л/сек.
Таблица 22
Дебиты водоотлива из главнейших котлованов под сооружения
канала Москва-Волга
Наименование
сооружений
Шлюз № 3
Шлюз Х° 5
Насосная
станция у шлюза
№ 5

Заградительные ворота в
районе Фо-
минского
болота
Шлюз № 6
Глубокая
выемка
Водоносные породы,
вскрытые
котлованом
Древнеаллювиаль-
ные разнозернистые
пески с гравием и
галькой
Флювиогляциаль-
иые и древнеаллюви-
альные
разнозернистые пески с
линзами супеси
Древпеаллювиаль-
ные крупнозернистые
пески с гальками и
гравием
Древнеаллювиаль-
ные крупнозернистые
пески
Аптские
мелкозернистые пески
Флювиогляциаль-
ные межмог енные
мелкозернистые и
разнозернистые
пески, супеси,
валунные суглинки
эфициент
льтрации
сутки
48
1—60
!
4-6
Размеры
котлована
(ширина,
длина)
м
400 X 500
400 X 500
20X40
15X40
400 X 500
60 X 2000
(по дну)
Дебит
л!сап
О коло
300
200
280
350
70
500
Примечание
Водоотлив
частью из
котлована,
частью из
скважины
¦
Водоотлив
частью из
котлована,
частью из
скважины
Начальный
дебит 144 л, сек
Водоотлив
частью из
выемки, частью
из
понизительных скважин
В флювиогляциальных и аллювиальных разиозернистых
песках котлованы под шлюзы размерами 400 X 50 м давали в
среднем около 200 я/сек.
Явления прорыва напорных вод в котлованы происходят в тех
случаях, когда котлован заглубляется в пласт глинистых пород,
служащих водоупорной кровлей залегающего неглубоко напорного
210

водоносного горизонта. При углублении котлована и уменьшении
мощности глинистого пласта может быть достигнут такой момент,
когда толщина остающегося слоя станет недостаточной для
противодействия напору воды снизу, и произойдет прорыв воды.
При строительстве канала Москва-Волга с явлением прорыва
напорных вод в котлован пришлось столкнуться в нескольких
случаях, из которых особенно показательны прорывы вод в
котлованах под донные водоспуски плотины на р. Уче и Клязьме.
Донный водоспуск Акуловской плотины на р. Уче был заложен
на аптских песчаных глинах, по своему составу приближающихся к
суглинкам и супесям и содержащих около 12% органических
веществ. Пористость аптских супесей 45 — 47%, объемный вес
1,14-1,47, коэфициент фильтрации 2,10~6—38J0"6 см/сек. Под апт-
скими глинами на несколько метров ниже основания сооружения
(и дна котлована) залегают нижнемеловые пески, содержащие
напорный водоносный горизонт с отметкой пьезометрического уровня
на 5 м выше дна котлована. При вскрытии котлована до отметки
140 м оставшаяся под дном котлована толща аптских глин около
б м оказалась недостаточной для противодействия напору воды
снизу. Началось выпучивание глин в местах, где мощность их
была наименьшей.
Выпирание грунта продолжалась 2 дня, причем в котловане все
время производилась зачистка дна до красной отметки основания
сооружения. В результате масса глинистой покрышки над
напорным горизонтом все более уменьшалась, и, наконец, произошел
прорыв вод с образованием трещин. Прорыву напорных вод в дан-
.ніом месте способствовали, помимо достаточно высокого напора
вод, охарактеризованные выше свойства аптских пород. Их
водопроницаемость, хотя и слабая, послужила причиной образования
здесь восходящих фильтрационных токов воды с напорными
градиентами около 1, при котором, как известно, происходит
взвешивание или выпирание фильтрующего грунта под действием
гидродинамического давления.
В котловане под донный водоспуск другой плотины на реке
Клязьме прорыв произошел в ленточнрлх древнечетвертичных
озерных суглинках под влиянием нижележащего напорного
водоносного горизонта; образовавшийся восходящий ключ давал до
30 я/сек воды, которой был быстро затоплен котлован. Для
ликвидации прорыва была заложена в напорный водоносный горизонт
18-дюймовая скважина, оборудованная фильтром, а также
углублено несколько водопонизительных скважин грунтового
водоотлива. Откачка из этих скважин позволила быстро понизить напор
и ликвидировать прорыв вод.
При углублении котлованов ток грунтовых вод через откосы
котлована обычно вызывает деформации откоса: оплывание грунта,
размыв его, вынос частиц мелкозема. При этом фильтрующий
грунт в зоне выхода грунтовой воды оказывается способным
держать очень пологий откос. В случае достаточно крутой срезки
откоса при углублении выемки неизбежно возникают вместе с де-
211

формациями ^мьірующей части откоса и обрушения выше
лежащей сухой его части.
Явления этого рода встречаются в котлованах и в выемках,
вскрывающих водоносные мелкозернистые пески.
Характерный случай оплывания откоса, сложенного песчаным
грунтом, под влиянием выхода грунтовой воды наблюдался в
котловане под донный водоспуск Химкинской плотины канала
Москва-Волга.
Котлован под этот водоспуск заложен у подножья левого
коренного берега долины р. Химки. Основанием данного водоспуска
должна была служить песчаная глина нижневолжского яруса,
поверхность которой залегала на глубине около 5 м\ покрываясь в
пределах долины реки песчаными аллювиальными отложениями,
а в коренном левом берегу глинистыми мелкозернистыми песками
верхневолжского яруса. Котлованом была срезана часть
берегового откоса, сложенного верхневолжскими песками и
вышележащими песками рязанского горизонта, неокома и флювиогляци-
альными песками. В нижней части этой песчаной толщи были
вскрыты грунтовые воды, насыщающие песчаную толщу до 5 м
над уровнем поймы, т. е. мощностью до 10 м. Когда котлован
достиг нижневолжской песчаной глины, служащей
водоупорным ложем для вышеописанной водоносной толщи, то
усилившийся приток грунтовых вод вызвал оплывание песчаного откоса.
Основной причиной являлось развитие гидродинамического
давления до величины, приводящей в движение песчаные частицы на
откосе.
Крутизна откосов в фильтрующей части здесь до 10—20°, при
этом верхняя часть откоса обрушилась, смешиваясь внизу с
фильтрующим грунтом и образуя неустойчивую плывунную массу.
Расчеты строителей, имевших в виду здесь создать откос 1 : 2,
конечно, не оправдались, и пришлось значительно увеличить объем
земляных работ при срезке откоса.
Вынос мелких песчаных частиц перешел в суффозию грунта,
приведшую к образованиям каверн в береговом массиве и
угрожающую цельности левобережного примыкания плотины.
Борьба с разрушением откоса велась в двух направлениях:
путем создания обратных фильтров в нижней части фильтрующего
откоса и отвода фильтрующей воды кюветами и путем заложения
ряда водопонизителыіых скважин, перехватывающих частично
грунтовой поток, направленный к откосу котлована.
Иногда с вытекающими из основания песков грунтовыми
водами, вызывающими обрушение откоса, пытаются бороться при
помощи деревянных шпунтовых рядов. Устройство шпунтов,
задерживающих свободный сток воды, приводит, однако, обычно
к еще большему развитию деформаций фильтрующего откоса под
влиянием накопляющейся за шпунтом массы разжиженного
грунта.
В случае наличия в береговом откосе наряду с песчаными
водоносными слоями глинистых прослоев деформации фильтрую-
212

щего откоса приобретают смешанный и сложный характер, так
как включают в себя явления оплывания и оползания.
Опыт борьбы с такого рода фильтрационными деформациями
откоса привел к выводу, что основным правилом этой борьбы
является создание условий для наилучшего оттока вод,
фильтрующих из откоса. Для этого испытанными средствами являются:
устройство бермы (рис. 48) на водоупорных слоях, заложение на
них «юветов для отвода фильтрующей воды, уположение нижней
фильтрующей части откоса и заложение в ней обратного фильтра
213

из хорошо водопроницаемого материала: крупного песка и гравия.
В некоторых случаях можно предохранить откос от оплывания
путем устройства водопонизительных скважин, закладываемых в один
или два ряда на расстоянии около 2 м друг от друга вдоль бровки
откоса.
Всякие технические мероприятия другого рода, связанные
с задержкой воды: сплошные шпунты, подпорные стенки, как
правило, для укрепления фильтрующих откосов не дают
положительных результатов; наоборот, вызывая укрупнение смещений
земляных масс, увлекают за собой и названные выше сооружения.
Последние возможно было бы применять лишь при обязательном
условии дренажа подпираемых грунтовых вод с созданием
достаточного количества отверстий в шпунтах для свободного пропуска
этих вод. ^
Прорыв напорных вод в котлованы и глубокие выемки—явление
очень частое и по своей внезапности обычно принимает характер
аварий, затопляя строительные котлованы и принося крупный
ущерб строительству. Для оценки условий возникновения прорыва
напорных вод при проектировании котлованов и прогноза этого
явления можно пользоваться следующими соображениями по
выяснению равновесия песчано-глшшстого слабо фильтрующего или
водонепроницаемого грунта, вскрытого на дне котлована и
слагающего кровлю напорного
водоносного гор: понта
(рис. 49).
Если напорная вода
поднимается выше дна
котлована на некоторую
высоту А, то равновесие
призматического элемента
грунта, выделенного в
слое, отделяющем
котлован от напорного
водоносного горизонта, может
быть выяснено двояким
путем:
1) Для грунта
непроницаемого условия
равновесия этого
призматического элемента
определяются из сравнения веса
грунта и давления напорной воды на него снизу вверх.
Вес призматического элемента грунта высотой t и площадью
основания единица равен р?, где /і — объемный вес.
Давление напорной воды снизу на тот же элемент равно
произведению столба воды А-f-Y, считая от основания глинистого слоя
на площадь основания и плотность воды Д:
Рис. 49. Схема котлована, дно которого
близко подходит к кровле напорного
водоносного горизонта.
A (A f t)
214

Приравнивая ту и другую величину, получим условия равновесия;
при этом плотность воды А можно принять равным единице:
откуда имеем:
2) Для грунта, способного слабо фильтровать, равновесие
выделяемого того же призматического элемента выясняется из
сравнения веса единицы объема грунта с величиной гидродинамического
давления, создающегося вследствие фильтрации напорной воды
снизу вверх.
Вес единицы объема грунта в данном случае определяется
произведением толщины слоя грунта на его объемный вес,
убавленный на единицу, так как грунт здесь теряет часть своего веса,
будучи погруженным в воду:
р-1
Гидродинамическое давление равно численно напорному
градиенту:
Сравнивая обе величины получим тоже выражение, что и выше;
Из полученной формулы следует, что устойчивость водоупорного
грунта на дне котлована, находящегося под действием напорных
вод, зависит от соотношения толщины слоя грунта и высоты напора
воды над дном котлована, в также от объемного веса грунта.
Полагая в формуле объемный вес в среднем равным 2,
получим что данное условие равновесия определяется приблизительно
равенством t = ht которое можно выразить следующими словами:
критическая величина напора, считая от дна котлована, при
которой должно произойти выпирание грунта и прорыв напорных
вод, равна толщине слоя грунта от дна котлована до поверхности
напорного водоносного горизонта.
Однако при неоднородном строении грунта и при наличии
в нем водопроницаемых линз и прослоев прорыв может
произойти при меньшей величине напора. Опасность прорыва
увеличивается при наличии трещин в грунте. Причиной прорыва напорных
вод могут быть плохо затамлонированные буровые скважины, при
которых прорыв может произойти при небольшом превышении
пьезометрического уровня напорных вод над дном котлована.
Конечно, при большой мощности и удовлетворительной
плотности грунта опасность прорыва снижается до минимума.
В строительной практике мы находим случаи, когда прорыв
напорных вод в котлованы происходил при мощности
покрывающих напорный горизонт суглинистых грунтов под дном котлована
до 12 м.
215

Поэтому во всяком случае при мощности слоя грунта,
отделяющего дно котлована или другой выработки от напорного
водоносного горизонта до 15 мл необходимо оценить устойчивость
грунта и в случае необходимости принять меры к предупреждению
возможных прорывов напорных вод путем снижения напора
последних установкой водопонизительных скважин. При этом для
снятия напора вод скважины могут закладываться более редко,
чем при понижении грунтовых вод, так как в напорных
(артезианских) водоносных пластах радиус влияния скважин более
значителен и снижение напора достигается быстрее, чем в грунтовых
водах.
§ 53. Искусственное понижение грунтовых вод. Принципы
действия и методика расчета водопонизительных систем ^'скважин
Явления, возникающие при проходке котлованов и выемок
в водоносных неустойчивых грунтах, приводят к необходимости
применять искусственные мероприятия:
1) проходку водоносных грунтов с применением сжатого
воздуха (кессонный способ),
2) проходку с замораживанием грунта,
3) цементацию или гудронизацию, применяемые
преимущественно к трещиноватым породам,
4) способ искусственного окаменения (силикатизация) грунта,
5) искусственное понижение грунтовых вод.
Мы не имеем в виду касаться здесь технических вопросов
производства глубинных строительных работ в грунтах, с чем
достаточно полно можно ознакомиться в соответствующих разделах
курса строительного дела и оснований и фундаментов.
Рассмотрим здесь лишь вопросы искусственного понижения
грунтовых вод, применение которого требует выяснения
гидрогеологических условий и в частности определения
производительности водоносного пласта.
Способ искусственного понижения грунтовых вод,
появившийся впервые в 70-х годах прошлого столетия за границей и
получивший особенно большое применение в Германии, за последние
два десятилетия широко распространился в практике глубинного
строительства и у нас в СССР.
Способ этот заключается в устройстве системы скважин,
располагающихся вокруг котлована или участка другого сооружения,
и в производстве откачки воды из этих скважин, вследствие чего
создается требуемое понижение уровня грунтовых вод (рис. 50
и 51).
Техника искусственного понижения грунтовых вод,
конструкция применяемых для этой цели скважин, наиболее
употребительные типы насосов и методы расчета этих установок хорошо
разобраны в соответствующих руководствах, из которых особенно
отметим книгу проф. И. П. Кусакина [49].
216

Принцип действия водопонизительных установок основан
на интерференции депрессионных воронок, создаваемых системой
водопонизительных скважин. Существуют две системы
расположения скважин:
^=3c=S^tx$=3z
г*|і8=э сгф*4—$гп с
эс
Рис. 50. Схема установки для понижения грунтовых вод.
1) одноярусная система, когда устраивается один ряд
скважин по внешнему контуру котлована,
2) двухярусная или многоярусная система, когда устраиваются
два ряда и более двух рядов скважин, располагающихся ступенями
на бровках и откосах котлована.
В последнее время в связи с
появлением новых глубинных мощных насосов
стало возможным проводить глубокое
понижение уровня грунтовых вод до
20 м и более с помощью одного ряда
скважин, располагаемых по внешнему
контуру котлована, что значительно
сокращает объем земляных работ и
упрощает работу по искусственному водопо-
нижению.
Работа водопонизительных систем
скважин хорошо выявляется из их
расчета, основанного на теории взаимодействия скважин (см. «Основы
динамики подземных вод», гл. VIII, § 58). Для системы
взаимодействующих скважин приток грунтовых вод со свободной поверхностью
Рис. 51. Группа
взаимодействующих колодцев.
217

или напорных вод выражается следующими уравненияіни Форхгей-
мера:
1) для грунтовых вод:
Q =
кК (#2 — уі)
2) для напорных вод:
0 =
1
\пВ— -'-\х\ххх • ¦ • хп
1Ь
2пКМ (Н — у)
\nR——\nxiX2- • • х,
где Q—суммарный дебит скважин,
п— число скважин,
//—первоначальный статический уровень грунтовых
вод или расчетная мощность водоносного пласта,
считая от водоупора или от условно принятой
горизонтальной плоскости, располагающейся на
некоторой глубине ниже забоя скважин (см. об
этом ниже);
у -уровень грунтовых вод, пониженных откачкой.
в любой точке районной депрессии (рис. 51);
хх% л2- • • хп—расстояния от этой точки до каждой из скважин
водопонизительной системы;
R— радиус влияния установки;
Ж—мощность водоносного пласта для напорных вод.
Подставляя вместо у величину уровня воды, в центре
установки (в центре тяжести), которую можем обозначить как
разность первоначального уровня И и требуемого понижения st
получим другие формулы:
для грунтовых вод:
q__ Kit (2Я — 8) s
для напорных вод:
\nR——-\nx\Xf • • х,
2nKMs
1
If! Л—— InJC!^2
В случае, если скважины располагаются по окружности, то
произведение хи х2* • • xQ в знаменателе формулы
превращается в х *
Принимая во внимание, что логарифм этой степени будет
равен піп х, мы получим для этого случая формулы:
V — in R _ in Xq ¦ I1 )> 4— in в _ln Xo (-)-
Последние формулы можно применять также, когда скважины
218

располагаются по контуру фигуры, не очень вытянутой в длину,,
при чем xQ определяется по формуле:
™о или x0 = j/JL,
где F — площадь круга, разновеликого площади участка,
оконтуренного системой водопонизительных скважин.
С помощью последней формулы определяется расход воды
системы водопонизительных скважин.
Затем, разделив общий расход на число скважин, определяют
дебит каждого колодца:
д = -й-
^ п
Для выяснения условий работы отдельных скважин и
способности их забирать получившееся количество воды вычисляется
сначала высота динамического уровня воды у наружной
поверхности скважин у0 по формуле:
у\ = Н* - -9R(inR —±- Шгад • • • *„_,
где хь х2- • . хп.-\—расстояние от оси данной скважины до
каждой из остальных скважин,
г—-радиус данной скважины.
Остальные обозначения те же, что было объяснено раньше.
Определив у0у т. е. длину рабочей части фильтра скважины,
выясняют, какое предельное количество воды в единицу
времени может давать скважина откачкой, имея в виду, что для данных
размеров скважины и данной водопроводимости грунта дебит водо-
понизительной скважины не может быть выше некоторого
предельного значения.
Понятие о предельной производительности скважины введено
по следующим соображениям.
Предельная величина дебита скважины зависит при данных
размерах рабочей части фильтра от предельного напорного
градиента у стенок скважины.
Предельная величина дебита также ограничивается для
водопонизительных скважин невозможностью допустить вынос
значительного количества частиц грунта, проходящего через фильтр при
создании откачкой вымывающих скоростей воды фильтрующей
через стенки фильтра.
Предельная производительность скважины приблизительно
определяется по эмпирической формуле Зихардта:
д0 = 2кгпу0?^-.
где 7/0—высота уровня воды у стенок скважины, определяющая
длину рабочей части фильтра в м,
219

г—радиус скважины в м,
К—коэфициент фильтрации в місеіт.
Предельная производительность скважины может быть более
надежно определена достаточно продолжительной опытной
откачкой, которая производится раньше в процессе изысканий для
обоснования проекта искусственного водопонижения вместе
с другими опытными откачками по определению коэфициента
фильтрации водоносного пласта.
Определив предельную производительность скважины <7о,
сравнивают ее с полученной расчетом величиной среднего расхода
отдельных скважин q=~-
Если q равно или немного меньше <7о> то получившаяся
нагрузка на одну скважину может считаться приемлемой и кбйичество
скважин достаточным. Если же q>qo, то количество скважин
недостаточно. Оно должно быть увеличено и доведено
приблизительно до числа, определяемого из формулы:
Приняв это новое число скважин, снова размещают их по
контуру водопонизительной установки и для получившейся новой
системы скважин опять повторяют вышеприведенные расчеты,
начиная с определения общего дебита установки « кончая
сопоставлением предельной производительности отдельных скважин с их
дебитом, получившимся по расчету.
Для проверки величины заданного понижения во всех частях
установки (или контура котлована) вычисляют уровни воды в
некоторых характерных точках поля понижения, наиболее удаленных
от центра установки, где можно ожидать недостаточного
снижения уровня воды. Для этой цели применяется одна из
приведенных выше формул в следующем виде:
у\ = н*--^(in/? - -(пх>х> „А
где x'vx'2- ¦ • —расстояние заданной точки от каждой скважины
установки.
Если полученное значение уі, для какой-либо точки окажется
больше заданного значения у в центре установок, равного Н — s, то
необходимо вновь вычислить общий расход скважин, задаваясь
понижением s в данной точке, которая оказалась неблагоприятно
расположенной в отношении действия водопонизительной системы
скважин.
При этом в случае необходимости увеличивают число скважин
или изменяют их расположение, усиливая водопонизительную
систему на отдельных участках сгущением скважин или введением
добавочных скважин.
Определив общий дебит водопонизительной системы и
отдельных скважин, подбирают соответствующие насосные установки,
которые зависят, кроме дебита, еще от глубины понижения уров-
220

ня воды. При неглубоком понижении уровня от поверхности»
не превышающем высоты всасывания воды, могут быть применены
центробежные насосы, которыми обычно производится откачка
из ряда скважин, связанных одним всасывающим трубопроводом.
Глубина понижения центробежными насосами, однако,
ограничена — она не больше 6 — 7 м. При большей глубине понижения
применяются другие типы насосов: при небольшом дебите —-
поршневые, при большом дебите — глубинные центробежные насосы,
опускаемые в скважину вместе с электромотором» эжекторные
насосы, глубинные центробежные насосы типа Фарко с мотором
на поверхности, эрлифты.
Рассмотренные выше расчетные формулы были выведены для
случая горизонтального зеркала грунтовых вод, т. е. при
допущении равномерного притока к водопонизительной системе со всех
сторон. Обычно же на практике мы имеем дело с грунтовыми
потоками, которые будут давать неравномерный приток.
Это обстоятельство должно быть учтено при окончательном
размещении скважин, которые должны быть сгущены со сторонь
ожидаемого большего притока.
Особенно неравномерный приток создается, если водопонизн-
тельная установка располагается около реки при наличии
гидравлической связи ее с грунтовыми водами. В этом случае для
расчета водопонизительной системы скважин применяется формула:
Я2-у
7іА Х\
% In Л-
пЕ хъ
тК
+-у~- In
Sn
Хп
Si 5
'1>
где _у—уровень воды в любой точке установки (рис. 52);
' sn — расстояние данной точки
от воображаемых
скважин, построенных как
зеркальные отражения
действительных скважин
водопонизительной
системы по отношению к
береговой линии;
• хп—расстояния той же точки
от действительных
скважин,
Принимая дебиты скважин одинако-
получим
X
выми Qx = Q2 =
другую ф°рмулу
Я2-/*
1
п
Рис. 52. Группа колодцев
около берега
поверхностного водоема.
In -я«
Х%
©ткуда получим выражение для общего расхода скважин.
In s-i$2 ¦ • Sn — '-АпХіХъ- • • Хп
Q =
і
п
Sn — --- іПХ^з
п
221

а также и другие формулы, необходимые для расчета уровня
воды в отдельных точках.
Пример. Для пояснения изложенного приведем пример расчета одноярусной
аодопонизительной системы скважин, расположенной по периметру котлована
200 X ЮО м (рис. 53).
Рис. 53. Схема расположения скважин по контуру котлована для получения
расчетных данных в примере.
Требуется понижение на всей площади котлована на 5 м.
Первоначальный естественный уровень грунтовых вод находится на
глубине I м ниже горизонтальной поверхности земли. Грунтовые воды заключены
в среднезернистых песках мощностью 10 м с средним коэфициентом фильтрации
К = 0,0005 м/сек. Среднезернистые пески сменяются ниже мелкозернистым
глинистым песком с коэфициентом фильтрации около К = 0,000007 м/сек,
подстилаемым глиной, служащей водоупорным слоем для грунтовых вод.
Произведем последовательно определение расчетных величин Я, #, S, . . .
и сами расчеты.
1. Установление расчетной величины мощности водоносного пласта И.
Считая нецелесообразным углубить скважины в малопроницаемые глинистые пески
2-го слоя, принимаем глубину скважин от уровня грунтовых вод:
Я = 11 — 1 «10 м.
2. Определение радиуса влияния Я . Для этой цели применяем формулу
И. П. Кусакина:
R = blbsy'HK
Подставляем в нее значение требуемого понижения уровня воды S = Ъ м,
Н =^ Ш м и 1г~ 0,0005 м/сек, найдем:
Л = 575,5|ЛібТо;ш1Г=200 м.
3. Предварительное определение числа водопонизительных скважин,
размещение их по контуру котлована и определение выражения! г
у ХіХ% . . Хп
Принимая расстояние между скважинами 10 м, что даст всего 60 скважин
при равномерном размещении их по заданному прямоугольному контуру котло-
222

вана, можно выражение і/~~ Z—, входящее в расчетную формулу, оп-
I/ X 1^2 « • л п
ределить приближенно, как радиус круга, равновеликого площади установки F:
х0=у I. - -|/"-А"ц' AW = 80 ж.
200 • 100
3,14
4. Вычисление общего дебита водопонизительной системы. Применяем
формулу Форхгеймера для грунтовых вод:
lnR—lnjc0
После подстановки числовых значений букв, вычислив
lgR = Ig200 = 2,301, lgje0« 1g80 = 1,903,
получим:
3.U -0,0005(20-5)5
^ *= ?,3 • 2,301 —2,3 ¦ 1,903 — °'128 Мщ'свк
5. Определение среднего дебита каждой скважины:
Q 0,128
q = -^- = —G0 =0,002 U^e*.
6. Определение высоты уровня грунтовой воды у наружной поверхности
скв. № 1 и 11, одна из которых взята как наиболее удаленная от центра
установки, а другая — как наиболее близкая к центру.
Очерчивая из скв. № 1 окружность радиусом !! = 200, найдем, что
скв. № 22—33 оказываются вне этого круга, и должны быть исключены из
числа скважин, действующих на скв. № 1.
Измерив по чертежу для остальных 48 скважин расстояние до скв. № 1 и
приняв радиус скважины, г = 0,075 м, определим
In jc0 = In r-j- hi *2~\~ *n x3~\~ • • ¦ —W • 1387 .
Далее, приняв во внимание, что дебит 48 скважин равен
Q = 48ч = 0,108лз/сел*. in Я « 2,3 lg 200 « 2,3 ¦ 2,301.
произведем вычисления по формуле:
?/о = уН2 - Q- (In R - іпжь)
или после.подстановки:
у0 =у 102 _ -щ-о^- ( 2,3 lg МО - 2,3 • 1,87 | = 6 .«.
Для скв. № 11, измерив по чертежу расстояние до остальных колодцев,
найдем что все они менее 200 м и следовательно все должны действовать на
скв. № 11.
Величина \gxQ = -i-(lg Г + lg*i- - ¦) - 1,87
-ш / 0,128
У о = J/ 102 _ -—l6—-(2$ ¦ 2,103 - 2,3 • 1,87) = 4.35 м
7. Определение предельной производительности скважины по формуле
Зихардта:
223

После подстановки числовых значений букв, нахотим:
<70 = 2 •3,14• 0,075• 4,35 ^00А = 0,00300 м>;сек.
8. Проверочный расчет понижения для удаленных точек у^тансЕКи. ііримем
за эту точку скв. № 1, для которой определено выше
что показывает на недостаточное понижение по углам прямоугольного контура
установки.
Чтобы достигнуть проектного понижения s = 5 и в этих точках
необходимо увеличить общий дебит, который вычислим сначала для 48 скважин,
действующих на данную точку у скв. № 1
Q;8-^2--FS)f = Alil»5(2Ll0_-5)i_ = 0,119 лРісек,
^48—іи л _ \пх0 0,43 ' ' '
Дебит каждой скважины
^,^?«0,0025 м*/секк
а общий дебит
Q' = 0,119-§- = 0,149 м*;сек,
9. Сравнение значений q,q' и ^
q =0,0021 лг\сек = 2,1 л/сек
?'=¦0,0025 м*/сек —2,5 л/сек
qQ = 0.0С306 м%/сек = 3,06 л/сек
Полученные данные расчетов показывают, что при принятом числе
скважин п — 60 и определенном вторым расчетом дебите Q1 =0,149 м'л/геи во
всех участках установки достигается требуемое понижение. На этом расчет
можно считать законченным. Однако для уточнения числа скважин и их дебита
можно было бы учесть возможность повышения нагрузки на одну скважину до
предельной величины дебита оа = 3,06 л/сек, определить расчетом новое число
скважин, дебит установки и понижения в характерных точках. Не приводя этих
расчетов, укажем, что в результате ряда уточняющих расчетов в конце концов
устанавливается точно необходимое число скважин и наиболее рациональное
их расположение.
В заключение следует отметить, что в случае если колодцы не
достигают водоупорного ложа, они работают как несовершенные и
для уточнения величины их дебита следует ввести поправку,
увеличивая дебит на 15 — 20%.
§ 54. Гидрогеологические данные, необходимы для
проектирования искусственного понижения грунтовых вод
Вопрос о применении искусственного понижения грунтовых вод
может быть решен лишь на основе четкого знания
гидрогеологических условий местности. Опыт показывает, что для применения
искусственного понижения благоприятными являются следующие
УСЛОВИЯ:
1. Хорошая водоотдача водоносных пород и относительно
высокая водопроницаемость пород, благодаря чему возможны до-
224

статочно быстрая откачка через скважины необходимого
количества воды и достаточно значительное развитие радиуса влияния
скважин, чтобы создать требуемое понижение грунтовых вод.
2. Должно быть достаточно глубокое положение водоупорного
ложа водоносной толщи, по крайней мере на несколько метров
ниже дна котлована или горизонта снижения. Водопонизительные
скважины должны быть заглублены на некоторую глубину ниже
указанного горизонта (метров на 5, минимум), чтобы в пределах
этой глубины поместились депрессионная поверхность грунтовых
вод, а также рабочие части фильтров скважины. Длина последних
должна быть достаточной для создания необходимой захватной
способности скважин (величина #о в формуле Зихардта)-
С точки зрения первого условия наиболее благоприятным для
искусственного понижения являются водоносные среднезернистые
и крупнозернистые пески. Мелкозернистые и глинистые пески
менее благоприятны для этого способа, как трудно отдающие воду;
одно время в них считалось вообще невозможным применять
способ искусственного понижения. Однако практическая потребность
в водопонижении особенно остро возникала именно при
производстве глубинных работ в водоносных мелкозернистых песках, в
которых отмеченные выше деформации грунтов при углублении
котлованов проявлялись особенно резко. На крупных стройках в
СССР за последние годы был преодолен ряд трудностей в деле
искусственного водопонижения в мелкозернистых плывунных
песках путем устройства фильтров с засыпкой из крупного песка,
путем рационального расположения и сгущения водопонизитель-
ных скважин. На строительстве московского метрополитена (на
участках мелкого заложения) способ искусственного понижения
грунтовых вод широко применялся при проходке котлованов в
мелкозернистых четвертичных песчаных грунтах с коэфициентом
фильтрации до 2 —4 місутки. На строительстве канала Москва —
Волга водопонижение буровыми скважинами удачно было
осуществлено в мелкозернистых аптских песках с коэфициентом
фильтрации 4 — 5 м/сутки.
Однако некоторые типы водоносных песчано-глинистых
грунтов, трудных для проходки открытым способом, остаются крайне
неблагоприятными и для искусственного водопонижения
скважинами. Таковыми являются слоистые толщи песчано-глинистых
пород, содержащих непроницаемы? глинистые прослои, которые
задерживают над собой воду, несмотря на значительное снижение
веды в водопонизительных скважинах, на что указывает в своей
книге И. П. Кусакин [49].
Полное водопонижение также невозможно, когда водоупорное
лож<е лежит слишком высоко, т. е. близко к уровню дна
котлована или даже выше его. Известно из теории притока грунтовых вод
к колодцам и из практики водопонижения, что до основания
водоносный пласт системой скважин, даже очень густой, осушить
невозможно — часть воды в нижней части водоносного пласта
неизбежно остается.
15 Каменскмі
225

Решив вопрос о'применении искусственного водопонижения,
мы должны произвести некоторые разведочные и опытные
работы, чтобы • получить данные для разработки проекта водопонизи-
теЛвной установки.
Для последней цели-необходимы следующие данные. Прежде
всего должен быть получен точный геологический разрез местности
до глубины'не менее 10—15 м ниже дна котлована. При этом
не следует ограничйваться-проходкой до водоупорных пород, если
они окажутся ¦близко около'дна котлована, а обязательно надо
Пройти в ннх^на глубину 10 —15 м, особенно если есть
основание предполагать на небольшой глубине присутствие напорного во-
доноснопггоризонта, в котором, быть -может, потребуется
заложение водопонизительных или разгрузочных (работающих самоиз-
ливов) скважин для снятия напора в целях; ^предупреждения,
аварий, происходящих при прорыве напорных вод.
Выяснив геологическое строение участка и водоносные
горизонты, с котЬрыми придется иметь дело при устройстве
котлованов, устанавливают способы борьбы с подземными водами. В
случае если -выясняется необходимость применения искусственного
понижения грунтовых* вод или снижения уровня напорных вод,
проводят специальные разведочные и опытные работы для
определения точных уровней грунтовых и напорных вод путем
заложения не менее трех скважин, которые могли бы позволить
определить направление потоков и уклонов подземных вод. Затем
закладываются опытные скважины и наблюдательные при них для
производства откачки для определения коэфицнента фильтрации
пласта, производительности скважин при разных понижениях и для
¦'Определения предельной производительности, на которую можно
"было'бы ориентироваться при расчете водопонизительных систем
и при установлении допустимого дебита отдельных скважин.
Кроме того, производятся лабораторные исследования
гранулометрического состава, физических свойств (удельный веб, -размо-
каемость) и послойное определение коэфициентов фильтрации.

Глава VIII
гидрогеологические исследования для.рс;уцівдия
§ 55. Виды гидротехнических мелиорации в зависимости от
; одного баланса в различных районах СССР
Гидротехнические мелиорации представляют собой группу
мероприятий, преследующих цель улучшать водный режим почв
и поверхностных слоев грунта в тех местах, где он проявляется
неблагоприятно для культурных растений или для каких-либо
сооружений. В зависимости от климатических условии мы
встречаемся и одних случаях с избыточным увлажнением и
заболачиванием, в других — с недостаточным увлажнением.
В том и другом случае требуются гидротехнические
мелиорации, регулирующие водный режим или осушением или орошением.
Потребность в тех или других видах мелиорации на
территории нашего Союза выявляется из соотношения основных
элементов водного баланса страны: атмосферных осадков,
поверхностного стока и испарения. А. Н. Костяков ввел очень удачное
выражение этого соотношения в виде коэфициента водного баланса
равного р.-,Вэ.хрй формуле N есть количество атмосферных
осадков и 8 = 1 минус коэфициснт поверхностного стока, т. е. коэ-
фициенту поглощения атмосферных осадков почвой (коэфициент
инфильтрации); следовательно о N есть приход влаги в почву (за
определенный период). V — обозначает расход влаги почвой
за тот же период (испарение, транспирация). Коэфициент
водного баланса в зависимости от метеорологических условий
принимает различные значения, в зависимости от чего А. Н. Костяков
выделяет три зоны:
1) зону избыточного увлажнения, где ~у->1
2) зону неустойчивого увлажнения, где -у— колеблется
около 1,
3) зону недостаточного увлажнения, где -^-<1.
35 *
227

В 1 зоне приход влаги в почве в среднем превышает расход.
Мы уже отмечали для этой зоны (гл. I) преобладающее
развитие нисходящих инфильтрационных токов, обильное питание
грунтовых вод атмосферными осадками, и направление
почвообразовательных процессов, связанных с интенсивным выщелачиванием
(подзолообразовательный процесс). Для этой зоны характерны:
избыток влаги в почве, слабая аэрация, накопление органического
вещества, близость грунтовых вод к поверхности и заболачивание почв.
В зоне недостаточного увлажнения коэфициент водного
баланса -=г < 1, что показывает, что почва способна израсходовать
(на испарение) значительно больше влаги, чем ее выпадает в виде
атмосферных осадков. Возникают восходящие капиллярные токи
почвенных растворов и даже грунтовых вод, если последние
залегают на небольшой глубине (менее 2,5—3 м). Нами уже указано,
что в таких условиях развиваются процессы засоления почв
и грунтовых вод. Влаги в почвах недостает для произрастания
культурных растений, и требуется искусственное орошение.
В зоне, где коэфициент водного баланса близок к единице,
создается наиболее благоприятный водный режим почв, здесь
потребность в гидротехнических мелиорациях для целей сельского
хозяйства минимальна.
В намечающихся областях осушительных и оросительных
мелиорации грунтовые воды являются одним из важнейших факторов,,
определяющих водный режим почв и грунтов; в одних случаях
грунтовые воды являются причиной заболачивания или подтопления;
в других — причиной засоления почв.
Одной из задач гидрогеологии должно быть выявление роли
грунтовых вод в этом отношении.
§ 56. Типы болот и роль подземных вод в заболачивании
Объектами осушительных мелиорации являются следующие типы
заболачивания или избыточного увлажнения: типичные болота,
заболоченные земельные угодья, подтопляемые земли или сооружения.
Болотами называют местности, покрытые слоем избыточно
увлажненного торфа и поросшие характерной болотной
растительностью (мхи, осока, ольха и т. п.). Заболоченными считают такие
местности, которые не имеют сплошного мощного торфяного
покрова, или же слой торфа не превышает 20 смг ко зато
характеризуются избыточно увлажненной почвой.
Подтопляемыми, по приведенному ранее определению, считают
земельные угодия и сооружения, которые подвергаются вредному
действию грунтовых вод, повысившихся вследствие подпора.
Болота вместе с особенностями состава болотных
образований обязаны своим происхождением ряду процессов, среди
которых особенно характерны: зарастание водоемов, выходы грунтовых
вод, периодическое затопление пониженных местностей разливам*
рек, несовершенный поверхностный сток, последствия лодзолообра-
эовательного процесса.
228

Зарастание водоемов происходит особенно интенсивно там, где
водоемы мелки и не имеют сильного течения, где они получают
много наносоз и содержат в растворе достаточное количество
минеральных веществ для питания растений (рис. 54).
Водоем постепенно мелеет, вследствие отложения сапропсгл:
(органические осадки, слагающиеся из остатков флоры и фг.уны
водоема), накопления минерального материала, приносимого в
водоем стекающими в него водами.
Водоем вдоль берега окаймляется за, ослями водолюбивой
и болотной растительности, которая по гепеннс продвигается
к середине водоема, отлагая свои остатки па дне ьодоема и обра-
Рис. 54. Схема болотных образований зарастающего водоема.
зуя пловучий ковер, нарастающий к центру водоема . С течением
времени весь водоем заполняется отложениями сапропелей внизу
и торфа вверху. На торфянике продолжает развиваться болотная
растительность сначала в виде зарослей осоки и других болотных
трав, а затем в виде мохового покрова, образующего гипновый
и сфагновый торф.
Подзолообразовательный процесс, развивающийся в условиях
избыточного увлажнения и интенсивной выщелоченности почвы,
приводит к образованию на некоторой глубине под почвой
непроницаемого иллювиального прослоя ортштейна. Последний
образуется благодаря выделению железа, вымываемого из почвы,
и приобретает вид водонепроницаемой плиты. Под ортштейном
обычно залегает глеевый горизонт, богатый закисными
соединениями железа, придающими этому горизонту синеватую (голубовато-
серую) окраску.
Малая проницаемость описанных образований является
причиной задержки в почве инфильтрационной влаги и ведет к
избыточному увлажнению почвы, в условиях которого отмершие остатки
растений не успевают до конца минерализоваться и накопляются
в виде торфа. Обеднение подзолистой почвы минеральными
веществами приводит к смене растительных сообществ от более
требовательных к менее требовательным в отношении питания
минеральными слоями, что в конечных стадиях процесса приводит к
развитию сфагновых мхов.
229

нНиженныхаХуЧа^"ax пойм "и других речных террас и на водораз-
ДеЛНРпогоеяственные выходы грунтовых вод на поверхность,
образующиетак^назьша^ые ключевые болота на склонах и у подно-
SS гклонов бывают в виде отдельных источников (ключей, родни-
Г)ГТу^
насти земли подавая в почву избыток влаги снизу (рис. 55).
ности земли, лидд у в некоторых случаях
грунтовые воды в
указанных участках
пойменных террас
приобретают характер
напорных потоков,
получающих питание на
водоразделах и перекрытых
в нижних частях
склонов делювием и в пре-
Рнс. 55. Схема гидрогеологических условий дечах речных ДОЛИН ал*
с участком заболачивания (I) аллювиальной ювиальными осадками
террасы грунтовыми водами. щиниальиыли v<- a
и болотными отложениями. Такой случаи наблюдался на участке
болотной опытной станции в долине р. Яхромы у с. Кончинино
(mcsS) где буровые скважины под слоем торфяника вскрыли
напорную воду, которая фонтанировала из разведочных скважи»
на высоту до 3 м от поверхности.
ТЯ'ТйгЗ:
<-У.Т'.-.
ііііі
230

Случай этот является примером заболачивания восходящими
напорными водами.
На водоразделах заболачивание грунтовыми водами является
следствием выпуклой поверхности-зеркала грунтовых вод,
создающейся в условиях обильного питания их инфильтрацией
атмосферных осадков и замедленного стока в дренирующие понижения.
Высокое положение уровня грунтовых вод на водораздельных
площадях зависит от соотношения между величинами инфильтрации»
водопроводимостью водоносного пласта и шириной междуречья,
2.3і

что весьма полно выясняется соответствующими уравнениями
динамики подземных вод.
Максимальный уровень грунтовых вод на водоразделе имеет
для простейшего случая выражение:
*.-/«+¦¦??¦
При известных соотношениях величин инфильтрации, водопро-
водимосги и ширины междуречья грунтовые воды на водоразделах
могут оказаться близко к поверхности земли, и поэтому даже когда
на водоразделе распространены водопроницаемые породы
(мелкозернистые и среднезернистые пески) может происходить
заболачивание широких водораздельных площадей в условиях влажного
климата. При этом другой причиной заболачивания, здесь, помимо
подъема уровня грунтовых вод, является относительно слабое
испарение, обусловливающее повышенное значение коэфициента
водного баланса почвы.
В местностях с более сухим и теплым климатом, где указанный
коэфициент равен и меньше единицы, в случае приближения
грунтовых вод на водоразделах к поверхности развивается испарение
воды, достаточно интенсивное для того, чтобы не допустить
заболачивания; поэтому в местностях с сухим и умеренно-влажным
климатом мы не наблюдаем водораздельных болот.
В зависимости от условий водного и минерального питания
болот состав болотной растительности и торфа приобретает
различный характер, на чем основано подразделение болот на два класса:
1. Низовые болота, питаемые водами, богатыми минеральными
веществами, и получающими также минеральное питание в виде
наносов.
Такие болота характеризуются в основном травянистой
растительностью, иногда древесной (ключевые болота). Сюда относятся
болота пойм и низменностей, заливаемые разливами рек, ключевые
болота.
2. Верховые болота» питаемые главным образом атмосферными
водами и не получающие минерального питания в виде
растворенных в воде солей и наносов. Растительный покров этих болот
состоит преимущественно из белого мха сфагнума.
Такие болота образуются преимущественно на водоразделах
или на повышенных центральных участках крупных болотных
массивов, куда не доходят стекающие с окружающей местности
поверхностные воды и разливы рек.
Некоторые моховые болота определяют собой конечную стадию
зарастания бывших водоемов.
Существуют также болота переходного типа или смешанного
типа.
Мы ограничимся изложенными краткими сведениями о процессах
заболачивания и типах болот, отсылая читателей, желающих более
близко ознакомиться с этими вопросами, к специальной литературе
232

(работы В. Р. Вильямса, В. С. Доктуровского, В. Н Сукачева и др.).
Рассмотренные выше типы болот и условия их образования
важно знать при выяснении причин заболачивания, что составляет
первую задачу в постановке гидрогеологических работ для целей
осушения. ,
Отдельно напомним о подтоплении как об одном из объектов
осушительных мелиорации или водопонизительных работ. Как мы
видели, подтоплению подвергаются земельные угодия, находящиеся
в пониженных местах.
§ 57. Гидрогеологические условия применения различных
видов осушительных мелиорации
В зависимости от различных типов заболачивания и
подтопления могут видоизменяться и способы осушительных или
водопонизительных мелиорации и состав гидрогеологических исследований
для обоснования мелиоративных мероприятий. После выяснения
причин заболачивания и подтопления здесь основной задачей
является получение данных для выбора системы дренажа и для
его расчета — расчета кривых депрессии грунтовых вод и расхода
дренажных вод (дебита дренажа). Выбор системы дренажа
определяется, с одной стороны, его назначением, с другой —
гидрогеологическими условиями. Например, осушение земельных угодий длі1
сельскохозяйственных целей производится сетью открытых
осушительных канав или закрытых дрен.
В случае заболачивания грунтовыми водами, выходящими
по склону, проводится так называемая головная или ловчая дрена,
назначением которой является перехват грунтового потока,
являющегося источником заболачивания. Иногда такого рода
ловчая дрена проводится в виде открытой нагорной канавы, которая
в данном случае служит также для отвода в сторону
поверхностных вод, могущих тоже быть источником заболачивания.
В случае, если верхние слои грунта, в которых закладываются
горизонтальные дрены, оказываются мало проницаемыми и плохо
отдающими воду, важное значение приобретают нижележащие
слои; присутствие среди последних водоносных горизонтов и
хорошо проводящих воду должно быть учтено как важнейший
фактор заболачивания. С другой стороны, этими слоями можно
воспользоваться для эффективного осушения площади путем
заглубления в них вертикальных дрен в виде колодцев или скважин,
действие которых осуществляется путем откачки из них воды или
путем самоизлива в горизонтальные водосборные каналы.
Существуют вертикальные дрены особого типа, заглубляемые в более
глубокие пласты, способные поглощать воду.
В связи с гидротехническим строительством для защиты
промышленных сооружений от подтопления были выработаны
специальные системы дренажа. Среди последних особенно важное
значение имеет береговой дренаж, закладываемый вдоль берега реки
233

или : водохранилища, под влиянием которого создается подпор
грунтовых вод. Береговой дренаж помещается между
водохранилищем-и ограждаемым от подтопления сооружением. По
конструкции дренажных сооружений может быть несколько типов
берегового дренажа. В простейшем случае это—открытый канал,,
который проводится вдоль берега водохранилища между
последним и земельным участком или сооружением, которое защищается
от подтопления (рис. 57). Канал берегового дренажа заглуб'Ляет-
Рис. 57. Схема берегового дренажа.
ся на такую глубину, чтобы преградить распространение подпора
в глубь берега и удержать грунтовые воды примерно на отметках
бытового уровня. При этом работа берегового дренажа будет
заключаться в перехвате вод двух потоков: естественного потока
грунтовых вод, идущего к реке, и инфильтрационного потока;
идущего из реки в канал. Из этих двух потоков наибольший приток,
воды должен давать, как правило, инфильтрационный поток
из водохранилища или из реки, что, впрочем, зависит от
расстояния канала до водохранилища и разности уровней того и другого.
Собирающаяся в канале вода сбрасывается в нижний бьеф или
в другой бассейн, если таковой недалеко. Если же водосборный'
канал получается ввиду отдаленности нижнего бьефа или другого
соответствующего водоприемника слишком большим по длине, то*
вода из дренажа перекачивается в водохранилище насосами, для
чего устраиваются водосборный колодец или несколько колодцев;
с насосными установками в них соответствующей мощности.
Описанный открытый канал в качестве берегового дренажа,
однако, не достигает эффективных результатов в случае, если до-
глубины его заложения грунты оказываются мало проницаемыми,,
а ниже на более глубоких горизонтах оказываются мощные
водоносные, хорошо проводящие воду слои, так как через хорошо
водопроницаемые слои подпор от водохранилища может передаться
и за канал и, кроме того, канал не будет достаточно совершенна
перехватывать естественный грунтовый поток. В результате за
каналом будет создаваться подтопление. В таких гидрогеологиче-
234

ских условиях более эффективными дренажными сооружениями
оказываются вертикальные колодцы или скважины, заглубленные
в нижние водоносные слои и выводящие воду в горизонтальный
водосборный канал откачкой или же самоизливом.
Среди осуществленных наиболее крупных в СССР береговых;
дренажей мы можем отметить две крупных дренажных системы:
одна в Москве, вдоль берега р. Москвы в Замоскворечье, где
на протяжении около 4 км сооружена система буровых колодцев,
соединенных сифонным трубопроводом, собирающим воду в
водосборные резервуары, откуда вода перекачивается насосами в реку.
Благодаря действию этой системы дренажных колодцев уровень
грунтовых вод за линией колодцев на пойменной террасе
удерживается на 3—4 м ниже горизонта р. Москвы, уровень которой был
повышен на 3 м после реконструкции в связи с сооружением
канала Москва •— Волга.
Другого рода дренажные сооружения, предохраняющие от
подтопления, были осуществлены в Днепропетровске для защиты
некоторых промышленных предприятий от подтопления в связи
с подпором, созданным плотиной Днепростроя.
Там были осуществлены комбинированные дренажи, состоящие
из горизонтальных дренажных галлерей и вертикальных колодцев,,
выводящих воду самотеком в галлерей. Эти галлерей
располагались в виде кольцевых дренажей, окружающих отдельные
сооружения и цеха со всех сторон или трех сторон. Вода, собираемая
в водосборный колодец, перекачивалась в реку с помощью
насосных установок.
Наблюдение за работой Днепростроевских дренажных систем1
показало, что горизонтальные галлерей как дрены совсем не
действовали и служили лишь водосборными трубопроводами для
вертикальных колодцев, работа которых как дрен оказалась вполне-
эффективной.
Сводка различных видов осушительных мелиорации
представлена в таблице 23, которая включает в себя и другие
мелиоративные мероприятия, не вошедшие в изложенное выше описание.
Приведенные сведения об условиях заболачивания и
подтопления и о видах осушительных мелиорации достаточно выявляют
задачи и примерную методику гидрогеологических исследований,
необходимых для проектирования и осуществления
гидротехнических работ по осушению заболоченных площадей и по защите
подтопляемых участков и сооружений.
В исследованиях для этого целесообразно выделить два этапа.
Задачей первого этапа должно быть выяснение причин
заболачивания. Учитывая описанные выше типы заболачивания, роль
грунтовых вод, атмосферных осадков и вод поверхностного стока,
можно первый этап исследований проводить в виде
гидрогеологических съемок, дополняемых работами поисково-разведочного
типа, задачи которых.— отыскать источники заболачивания и
наметить основные типы осушительных мелиорации; выбор послед-
235

то
ао
н
о
О
<а
U
3
я
л
то
X
о
сз
О.
я
я
л
ч
ГО
К
О
со
m
О
н
я
а.
о
ш
о
о.
о
ь
я
о,
о,
dj
н
«и
х
х
о
ч
о
о
-?-
о.
о
О,
о
ч
со
3 я
ее
<и
3
ч
ОЙ
<и
4 0
5 °
Р *
Н t-
ГО о
ГО Л
Л
Я
н
о
о
я
OQ
О
С
са S
е* О
О <
X О
я и з
я t*n
к 2
qj Я
3 >,
Я я
ю t?
и с
ас
~ 32
О
- 2
я о, и
в е 5
я 5 3
5 §§
™ м и
г; к И
ьг *- Я
3 &
03 U
«н
я
о
ч
я
о
то
сю
о
н
о
о
я
X
с
0)
ш
п
го
шеле a
Я
со
U
са
Сі.
і*і
О
О
pa
«я
° ?
а. к
ses
яз а*
я * 3
5 ш я
5 ж *
Ьй Я Я
• о * •
О о га °
Я щ И \о
¦о S
Ч Е -ч
н й х «
- s S s
го
и
3
я
О.
2 3
— са
CJ
™
(1)
ч
я
о
го
00
и
си
-5
Г*
О
А
о;
ja
a*
а-
(d ¦
-*.
П;
я о
о S Й
сз
С
о
?
3
я
Ч
С
3
CQ
Я .-а
ВС
3 М
Я QJ
р S*
р а
>г °
Л- ч
я
а га
>-f го
га ^
е«
О а.
и
О
в
•9
S
го
0)
3
я
2S
йч
о
СО
о
3
pi
3
я
о
н
я
>,
о,
U
J3
о
m
« ев
о к
J3
С)
.
(-
О
X
а.
Сі)
m
о
Ь и
о w« га
S о о я
^ >>о я
CQ
О
и
о
ГТ4
о 5е
х са
Я" Я
ее й>
ч о-
Я (=С
ь.
ЯаЯ
Щ я
со
си
я
я
а
a
3
CQ
О
С
X
«
со
о
О
го
о
о.
н
«
го п
а о
3
S
сі х
О
о ?ё
[- го
О. aj
<U q.
CD 3^
2 <"
рі
is
OS
74!
са
3 = я
О) t< X 3Я
О CJ О
я
» х
я
я о <и
"я я
п °
.2 a
<м
я __
и -^ о я
а і: и о
ас о
>-і X С U И
ш са
се
го
3 m
эХ
3
я
S
я
>х
О ?
* S
^ Сига
^ « Е
J о «
3
f—
3
Q,
^*
(-•
О
Я я о •
™ ъз Р t«
О
С
es: са
эх
. я
я я
О.Ч
oj са
о »
о

них проводится на основе тех принципов, которые заключены
в приведенной выше обзорной таблице осушительных мелиорации.
Надо предостеречь гидрогеологов от стремления видеть везде
основной причиной заболачивания подземные воды и тенденцию
чрезмерно осложнять гидрогеологические работы и
рекомендуемые мелиоративные мероприятия для осушения. Например, при
исследовании крупнейших болотных массивов Колхидской
низменности с их интенсивной степенью заболачивания, представленного
главным образом ольховыми топями, первоначально
высказывалось предположение о возможности участия в заболачивании
подземных вод, получающих питание в окружающих низменность
аредгорных участках, и намечалось в связи с этим
проектирование систем глубоких дренажей. Однако после проведения
гидрогеологических исследований с неглубоким разведочным бурением
было определенно выяснено, что подземные воды здесь не имеют
существенного значения, так как на глубину десятков метров
были обнаружены преимущественно глинистые и иловые
болотные отложения с небольшими водоносными прослоями. Подсчет
водного баланса низменности показал, что грунтовые воды
занимают ничтожное место в питании болот, главная же роль
принадлежит атмосферным осадкам, достигающим 2500 мм в год, и
разливам рек, периодически затопляющим болотные площади.
Поэтому в составе осушительной мелиорации Колхидской
низменности на участке первой очереди главное место заняли системы
крупных осушительных каналов, отводящих воду поверхностного
стока, и обвалования рек, недопускающие разлива их во время
паводков.
Дренажные сооружения не потребовались даже на участках
сельскохозяйственных культур; вместо этого были применены так
называемые квали, представляющие собой гряды высотой около
0,7 м, промежутки между которыми служат для стока дождевых
вод. Главное положительное значение квалей в том, что они
создают более благоприятный водно-воздушный режим почв,
способствуя более совершенному стоку, испарению и аэрации почв.
В результате получились вполне благоприятные условия для
произрастания различных ценных культурных растений (цитрусовые
плодовые деревья, ценные технические культурные растения).
Приведенный пример показывает, что для установления роли
тех или иных источников заболачивания очень важно выяснение
водного баланса заболачиваемого участка, что и следует включать
в число задач первой стадии исследования для выявления причи-н
заболачивания.
В случае когда грунтовые воды являются причиной
заболачивания или подтопления, необходима постановка наблюдений за
мх режимом. Особенно важно знать режим грунтовых вод для
подтопляемых участков и сооружений, что было показано нами
уже в предыдущей главе. О подтоплении, возникающем при
подпоре грунтовых вод, достаточно было сказано выше (гл. VII)
где также выяснено содержание гидрогеологических работ для
237

установления размеров подтопления. Укажем здесь, что
подтопление промышленных сооружений в естественных условиях требует
примерно таких же исследовательских работ, как и при
определении подпора грунтовых вод от гидротехнических сооружений,
причем особенное внимание здесь должно быть уделено изучению
режима грунтовых вод, так как подтопление грунта особенно
сказывается в периоды максимального подъема уровня грунтовых вод.
Для прибрежных местностей (около рек) эти периоды
соответствуют времени прохождения паводков.
Оценка возможности подтопления грунтовыми водами,
связанными в своем режиме с рекой, должны базироваться на данных
наблюдений за режимом грунтовых вод в течение не менее"
одного полного гидрологического года.
Предварительная оценка максимального подъема грунтовых
вод и вообще амплитуда колебаний в каком-либо месте может
быть дана теоретически по аналогии с другими местами, ^ля
которых имеются данные наблюдений.
После выяснения причин заболачивания проводятся детальные
исследования для проекта осушительных сооружений,
гидрогеологические детальные исследования приобретают сложный характер
б случаях проектирования глубоких дренажей для защиты "от нод-
топления и заболачивания площадок промышленных
предприятий.
Здесь должны быть выяснены гидрогеологические условия
подтопления или заболочивания, чтобы правильно выбрать
соответствующую данным условиям систему дренажа. Обычно, как мы
уже видели, глубокий дренаж осуществляется комбинацией
горизонтальных дрен и колодцев, а в некоторых случаях и одними
колодцами, реже только горизонтальными дренами. Для
проектирования такого рода дренажных систем требуется разрешать те же
вопросы по определению расхода грунтового потока и коэфициен-
тов фильтрации водоносного пласта, как и при исследованиях для
водоснабжения и искусственного понижения грунтовых вод.
Основными работами здесь являются опытные откачки (по
методу Тима). Существенное значение имеют также лабораторные
исследования фильтрационных свойств пород с послойным
определением коэфициентов. В случае неоднородного состава песчаных
водоносных пластов эти послойные лабораторные определения
могут быть использованы для подсчета коэфициента фильтрации
водоносного пласта по формуле среднего взвешенного.
Данные этих подсчетов затем могут быть использованы вместе
с данными опытных откачек для определения расхода грунтового
потока, перехватываемого дренажем по методу, аналогичному
примененному нами при составлении карт водопроводимости и
динамических запасов грунтовых вод, описанных в главе VI.
Этот метод нами применен к конкретному подсчету расхода
грунтового потока в неоднородных аллювиальных грунтах долины
р. Москвы по трассе дренажной системы в Замоскворечье.
На основании ряда разведочных скважин вдоль этой трассы
238

были определены коэфициенты фильтрации по лабораторным
послойным исследованиям и частично по откачкам. При этом
оказалось, что подсчет коэфициента фильтрации по формуле среднего
взвешенного дал величины, близкие к коэфициентам „фильтрации,
определенным опытными откачками.
Затем по гидроизогипсам были определены уклоны грунтового
потока для участка, соответствующего каждой скважине, .и по
формуле Дарси подсчитаны единичные расходы грунтового потока.
Результаты этих подсчетов для наглядности изображены в -виде
эпюры расходов грунтового потока вдоль трассы (рис. 58).
Далее для каждого участка грунтового потока между двумя
соседними скважинами были вычислены расходы потока
подформуле:
п _ ?і + ?2/
где Ql-2~расход грунтового потока на участке между
скважинами № 1 и № 2;
дх—единичный расход грунтового потока, вычисленный по
мощности пласта hlt коэфициенту фильтрации К{
и уклону грунтового потока Iu по формуле </і—Ді'чЛ
для первой скважины.
<72—то же для второй скважины.
/]-2—ширина грунтового потока между первой и второй
скважинами, измеренная вдоль гидроизогипсы.
Такие расчеты проведены для всех участков между каждой
из пар соседних скважин трассы дренажа.
Всего было проведено на трассе общим протяжением около
4 км 80 разведочных скважин. Единичный расход на длине трассы
колебался в пределах от 0,357 до 1,058 мУсутки. Общий расход
грунтового потока, приходящийся на всю трассу дренажа длиной
4098 м, составил всего 2462 мЧсуткиЛ а на 1 пог. м трассы — около
0,6 мЧсутки.
Данные послойного определения коэфициента фильтрации
важны также для выбора конструкции дренажа, в частности для
выяснения условий работы горизонтальных дрен и вертикальных
колодцев. Надо учитывать, что в большинстве случаев при значительной
мощности водоносной толщи горизонтальные дрены попадают в
относительно малопроницаемые слои, и необходимость заложения
вертикальных дренажных колодцев становится очевидной. В таком
случае детальные разведочные и опытные работы должны дать
исчерпывающий материал для расчета производительности как
отдельных колодцев, так и их системы. Для расчета дренажных
систем в виде ряда взаимодействующих колодцев применяются
формулы Форхгеймера, известные нам из динамики подземных
вод и из теории расчета искусственного понижения грунтовых
вод. В случае берегового дренажа должно быть учтено влияние
реки, для чего могут служить тоже соответствующие формулы
Форхгеймера.
239

мол - г ¦'.:•:¦•:¦:: ¦-•¦¦ -:::-і: .'-^о. ¦ -I:;.-:;'-:-. ¦¦¦¦¦:¦¦.¦:¦. :--\:\}Ar. •.':•:¦ ¦•¦"і'/-".: і'¦.¦;"¦¦-г-\m s
55
12РЛ
т
П.
то
fZOjS
W- Ж
ПіЛ
ЩЬ
т,о
1JSJ}'
П4.0 •
113,0
т,в
11%0
то
іоцо
то
1№
W5ft
№,в
№
wojr-
СкЗАЗд СкЗ.Юі СкЗШ n.AL,n
¦юм пом т? Скі^9^^9
ЁШ^іШ^ЕЗ7
•-ь*
/гя,да
nojs
%*0№ faOm 9^0558 q^O.875 «rftfW 9«s'>^ V«W< 9«*«*7' fe***
Рис. 58. Геологический разрез и профиль водопроводимости по трассе
Москворецкого дренажа.
I. Геологический разрез: 1 -песок с различным строительным мусором; 2—песок мелкозернистый; j—пес<
мелкозернистый; 4—песок мелкозернистый глинистый; 5- песок разнозерностый с гравиен и галько
6—супеси с ояіелезненными включениями; 7—глины черные слюдистые; ?—уровень грунтоных вод.
II. Профиль водопроводимости'. J2— „ • 5—10 „
9-—коэфициент фильтрации <0,50 місупки 13—козфициент фильтрации от 10—15 н сутки
Ю- „ от 0,5-1,0 14- „ . я > 20 .
11— „ „ 2 — 5 , 15—водоупор.
240

В случае горизонтальной береговой дрены простейший расчет
притока воды, фильтрующей из реки, может быть выполнен по
формуле Дюпюи:
где В — длина дрены,
Н — уровень воды в реке,
h — уровень воды в дрене.
При подсчете расхода фильтрационного потока из реки
следует учесть степень заиленности русла и состав донных осадков,
которые могут оказать существенное влияние на фильтрацию.
Наблюдения за работой сооруженного вдоль р. Москвы дренажа
обнаружили разрыв уровней между рекой и грунтовыми водами
в 1 м и более, что указывает на значительную потерю напора при
переходе фильтрующей из реки воды в грунтовой поток.
При расчетах дегрессионной поверхности, создаваемой
глубоким дренажем, надо иметь в виду, что в некоторых случаях
излишнее понижение уровня грунтовых вод является отрицательным
моментом; например, нельзя допустить снижение уровня
грунтовых вод ниже голов деревянных свай, что может повлечь за
собой загнивание последних и нарушение устойчивости основания
сооружений (дополнительные неравномерные осадки).
И Каменский

Глава IX
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ИРРИГАЦИИ
§ 58. Требования растений к водному режиму почв
Потребное количество воды для орошения. Ирригация или
искусственное орошение имеет своей задачей создать в условиях
недостаточного естественного увлажнения оптимальный водный
режим почв, т. е. поддерживать влажность почв, наиболее
благоприятную для произрастания культурных растений в
вегетационный период и благоприятную для восстановления плодородия
почв в остальное время года. Оптимальная влажность почв
определяется двумя границами. Нижней границей является коэфициент
увядания, т. е. такое пониженное содержание влаги, при котором
корни растений не способны всасывать воду из почв. Верхняя
граница оптимальной влажности или максимум влажности
определяется степенью аэрации почвы, т. е. степенью доступа
воздуха в почву, зависящей от водонасыщенности почвы и
наличия в ней свободных пор. По Копецкому, минимальное
содержание воздуха для нормального развития культурных
растений колеблется от 10 — 20% по отношению к общему объему
почвы.
Минимальная влажность, при которой корневая система
растений способна всасывать воду, зависит от физических условий
процесса всасывания почвенной влаги растениями. Процесс этот
совершается благодаря осмотическому давлению в корнях растений.
При этом надо учесть, что и почвенная вода тоже обладает
некоторым осмотическим давлением, которое зависит от концентрации
растворенных в воде веществ. Поэтому корневой волосок может
забирать из почвы воду лишь тогда, когда осмотическое давление
ь нем будет больше осмотического давления в почвенной воде
на 2 — 5 сам. — в среднем на 3 сам.
Осмотическое давление почвенного раствора, возрастая
с уменьшением влажности, может достигнуть значительной
величины, при которой растение не способно всасывать из почвы влагу,
благодаря чему в почве всегда остается некоторый «мертвый»
242

запас влага, недоступный растению. Влажность почвы, при
которой растение не способно извлекать для своего питания воду
и начинает терять тургор, т. е. начинает увядать, обозначается
термином «коэфициент увядания».
Американские исследователи Бриггс и Шантц принимают
коэфициент увядания равным 0,54 эквивалента влажности. Последняя
величина обозначает содержание воды, остающейся в почве после
длительного центрофугирования с ускорением, превышающим в
3 000 ускорение силы тяжести. Эта величина близка к
максимальной молекулярной влагоемкости почвы, по А. Ф. Лебедеву.
Необходимо, однако, отметить, что недоступная для растений
влага зависит от концентрации солей, содержащихся в почвенной
воде, и увеличивается с повышением концентрации почвенного
раствора, так как вместе с этим повышается осмотическое
давление последнего.
А. Н. Костяков для почв, богатых растворимыми солями, в
которых «концентрация почвенного раствора при снижении
влажности может оказаться губительной для растений», рекомендует
установить минимальный предел влажности с учетом концентрации
почвенного раствора.
Влажность почвы не должна быть ниже величины - в
процентах от веса сухой почвы, где р — процентное содержание вод-
норастворимых солей в почве, А— предел допускаемой
концентрации водного раствора в почве по весу, колеблющийся от 0,03% до
0,5%, в зависимости от вида растения и от состава солей.
Другим моментом, определяющим режим и баланс влажности
почвы для ирригации, является количество воды, расходуемое
растением на создание 1 кг сухого вещества урожая (включая
наземные органы и корни), называемое «транспирацион-
ным коэфициенто м».
Значение последнего зависит от вида и сорта растения, от
метеорологических условий, от наличия питательных веществ в
почве и от избытка поливной воды. Приведем значение транспираци-
онного коэфициемта для некоторых растений.
Наименование
культурных
растений
Пшеница
Рис
Хлопок
Транспирацион-
ный
коэфициент
231-557
811
350-600
Наименование
культурных
растений
Люцерна
Картофель
Лиственные
породы деревьев
Транспирацион-
ный
коэфициент
819-1068
281— 636
Около 400
Требования к водному режиму орошаемой почвы должны быть
следующими:
іб *
243

1, Состояние оптимальной влажности должно повторяться
возможно чаще и каждый раз держаться возможно дольше.
2. Отклонения от оптимальней влажности не должны
превышать 10—20%, и водно-воздушный режим почвы должен быть
возможно равномерным.
Желательный водно-воздушный режим должен поддерживаться
в так называемом активном слое почвы, т. е. там, где размещается
главная масса (90%) корневых волосков растения. Для полевых
культур этот слой находится на глубине 0,6 — 0,9 м.
Количество воды, расходуемое для орошения различных
культур, зависит от различных упоминавшихся выше факторов. В
среднем годовые оросительные нормы колеблются в пределах: озимые
хлеба — 1800 — 2 700 мг на 1 га, яровые — 1200- 1800 л3 на
1 га, хлопок — !3 000 - 5 000 м* на 1 га, люцерна—5 400—7 200 м?
на 1 га, рис — при периодическом поливе 7 500—10 000 м3 на
1 га, рис — при непрерывном затоплении до 60 000 м3 на 1 га.
По определению А. Н. Костякова, «общее количество воды,
расходуемое данной оросительной системой, деленное на
величину орошаемой площади системы, дает значение общей
оросительной нормы системы», так называемый оросительный гидромодуль.
Величина последнего, выражающаяся в секундолитрах на 1 га,
характеризует потребность воды в единицу времени на орошение
1 га в течение поливного периода.
Величина гидромодуля зависит от норм полива для отдельных
культур, сроков полива, продолжительности полива за каждые
сутки, от площади каждой культуры.
Для каждой из культур величина потребного расхода воды
определяется формулой:
где т—годовая поливная норма данной культуры,
а—доля площади, занимаемая этой культурой,
о)—общая площадь орошаемой плошади,
/"—число суток полива,
п—число часов полива в каждые сутки.
Сумма вычисленных расходов воды для всех культур дает
общий расход воды данной оросительной системы, а разделив
последний на орошаемую площадь, получим расход на 1 га, т. е.
гидромодуль. Величина гидромодуля колеблется для различных
орошаемых культур, за исключением риса, в среднем от 0,12 до
0,29 л/сек. Для риса в период затопления принимается величина
гидромодуля порядка 4 — 7 л/сек, а в период поддерживания слоя
воды — 1,5 — 3 лісек.
Приведенные величины характеризуют величину потребных
расходов воды для оросительных систем и, следовательно,
водопропускную способность оросительных каналов и других
ирригационных сооружений. Например, для небольшого оросительного
участка в 100 га под пшеницу потребуется расход воды около
244

26 л/сек. Для крупных оросительных систем площадью в тысячи
гектар потребный расход достигает сотен и тысяч литров в
секунду. Для таких оросительных систем основные головные
сооружения и магистральные каналы принимают размеры солидных
гидротехнических сооружений.
Качество оросительной воды. Для ирригации качество поливной
воды определяется влиянием растворенных в ней солей и
взвешенных веществ на растения и на солевой режим почв. При высоком
содержании растворенных солей поливная вода может оказаться
вредной для культурных растений и послужит причиной засоления почв.
Определение допустимого предельного содержания в
оросительной воде растворенных солей является сложной задачей,
решение которой определяется рядом факторов: характером почвы,
глубиной и химическим составом грунтовых вод, климатическими
условиями. В связи с этим мы находим в литературе различные
указания по вопросу о возможных нормах для оценки воды в
целях ирригации.
Предел допустимого содержания в воде растворимых солей по
Гильгарду составляет от 1,1 до 1,7 г/л. При содержании солей от
1,7 до 3,0 г/л необходим тщательный анализ воды, и оценка
пригодности ее базируется на содержании солей натрия как наиболее
вредных для растений и для почвы.
Гильгард для хорошо проницаемых почв принимает
следующие пределы содержания солей натрия:
NaaCOa—1 г/л, NaCl—2 г/л, Na2S04—5 г;л.
При содержании солей больше 4 г/л возможно засоление почв,
и концентрация в 6 г/л считается в ирригации вообще пределом
допустимости.
Из солей натрия особенно вредной считается сода, способная
в наибольшей степени оказать влияние на засоление почв.
Степень вредности различных солей натрия оценивается следующей
пропорцией: Na2S04: NaCl: Na2C03=l :3: 10.
У других авторов мы находим указания о еще более низких
нормах допустимого содержания солей в поливной воде. В штате
Юта, США (F. Harris и N. Butt) опытами на песчаных и
суглинистых грунтах установлено, что для пшеницы при регулярном
орошении вода становится опасной при содержании 0,5 г/л
Na2C03, 1,0 г/л NaCl и 4,0 г/л Na2S04, или 4,0 г'л смеси этих
трех солей.
В американской ирригационной практике (Harris) отмечаются
примеры засоления почв после 5-летнего орошения водой с сухим
остатком 3,9 гіл. В штате Юта отмечен случай гибели зерновых
культур при поливе водой с сухим остатком 4,395 гіл и в том числе
с содержанием 3,625 гіл NaCl. И. Н. Антипов-Каратаев указывает,
что в колхозе Каменная Сарма (Заволжье) участки, орошаемые
водой из Сарминского плёса р. Кушум, содержащей к концу лета
солей 4,52 г/л, засоляются в течение 2 лет и забрасываются как
уже негодные для земледельческой культуры.
245

Наряду с этим отмечаются случаи применения для орошения
сравнительно высокоминерализованных вод для проницаемых почв
в условиях искусственного или благоприятного естественного
дренажа. Например, в Сахаре используются для орошения воды
с общим содержанием солей 8,02 г/л, в составе которых до 50%
NaCl.
В США качество воды для ирригации оценивается по так
называемому ирригационному коэфициенту Стэблера, который, по
определению» изложенному в книге Н. Н. Славянова, представляет
собой эмпирическое выражение величины слоя воды в дюймах,
«дающего при испарении количество солей, достаточное для
повреждения почвы толщиной в четыре фута».
Величина щелочного ирригационного коэфициента вычисляется
по данным химического анализа воды следующим образом,
изложенным в таблице 24.
Таблица 24
Характеристика ирригационных вод по Стэблеру
При значении радикалов
Величина щелочного коэфициента
Эквивалент Na' не больше
эквивалента СР rNa<rCP
Эквивалент Na' больше эквивалента
CPrNa.>rCP
Эквивалент Na- больше эквивалента
IL= 288
К„ ^
гСР
288
а ' r'Na' + 4rCP
288
Ка-
сильных кислот rNa- >rCrP+rS04" | lOrNa* — 5гСР — 9rS04"
i
«Первая формула лриложима к водам, которые содержат
хлора больше, чем это нужно для насыщения натрием или вообще
щелочными металлами. Остальные формулы пренебрегают вредным
действием щелочных радикалов, кроме натрия. Эти формулы в
применении к естественным водам дают достаточно точные данные.
Воды, характеризующиеся первыми двумя формулами, не могут
быть улучшены химической обработкой и образуют так
называемую «белую щелочь» в почве. Воды, к которым относится
последняя формула, производят так называемую «черную щелочь» и
могут быть исправлены прибавлением гипса».
«Вредные результаты применения ирригационных вод зависят
главным образом от условий дренажа и текстуры почвы. Воды с
низкими щелочными коэфициентами могут успешно применяться
для рыхлых почв со свободным дренажем. Следующая таблица
дает приблизительную классификацию ирригационных вод по
щелочному коэфициенту по американским данным (табл. 25).
246

Таблица 25
Классификация ирригационных вод
Щелочной
коэфициент
Класс
Характеристика
> 18 I Хорошая
18-6
5,9-1,2
1,2
і Удовлетвори-
1 тельная

Неудовлетворительная
Плохая
Воды успешно применяются много лет без
специальных забот для предупреждения
накопления щелочей
Необходимость предупреждать постепенное
накопление щелочей была признана, за
исключением рыхлых почв со свободным дренажем
Текстура почвы имеет очень большое значение.
Искусственный дренаж почти всегда
необходим
Практически негодна для ирригации
§ 59. Влияние орошения на режим грунтовых вод и явления
вторичного засоления почв.
Из обзора требований к воде для орошения, изложенного в
предыдущей главе, а также из сведений о засолении почв,
приведенных еще в I главе мы можем заключить, что при оценке
качества воды для орошения важно знать не только общую
минерализацию воды и содержание в ней отмеченных выше вредных солей
натрия, но и. содержание других солей, а также знание
водно-солевого режима почв, чтобы иметь полное представление о
процессе взаимодействия поливной воды и орошаемой почвы. Водный
режим почв в сильной степени зависит от водопроницаемости и
капиллярности почв и подпочв, степени дренированное™ орошаемого
участка и в особенности от глубины и состава грунтовых вод.
Важнейшим фактором водного режима почв является
испарение, складывающееся главным образом из: 1) испарения
непосредственно с поверхности почвы и 2) транспирации
растительностью.
Грунтовые воды при относительно большой глубине их уровня
от поверхности земли (свыше 3 м) мало участвуют в водном
режиме почвы. При повышении уровня грунтовых вод, начиная с
некоторой критической глубины, благодаря капиллярному поднятию,
участие грунтовой воды в водном балянсе почв и в процессах
испарения из почвы становится значительным.
Наблюдения показывают, что при глубине грунтовых вод менее
2,5 — 3 м и суглинистом составе почв и грунтов в засушливых
областях наблюдаются язные признаки засоления, проявляющиеся в
составе ионно-солевого комплекса почв, а также и в характере
растительности, в которой преобладают солончаковые виды
растений и отмечается отсутствие злаков и других растений, обычных
для незасоленых почв.
Искусственное орошени-е вносит существенное изменение в
баланс не только почвенной влажности, но и в баланс грунтовых вод,
247

так как часть поливной воды успевает просочиться на глубину и
пойти на дополнительное питание грунтовых вод. Этот процесс
проявляется в изменении режима грунтовых вод орошаемых
земель, для которых отмечается повышение уровня грунтовых вод в
летнее время в связи с поливами (рис. 59, 60).
"Р11
Рис. 59. Колебания уровня грунтовых вод на орошаемом участке Ферганской
опытно-оросительной сельскохозяйственной станции
Вместе с тем нередко наряду с сезонными периодическими
колебаниями уровня грунтовых вод наблюдается общее
повышение уровня из года в год, являющееся следствием изменения
баланса грунтовых вод в сторону накопления новых запасов воды в
пласте за счет просачивания избытка оросительных вод. Такой
процесс, например, четко выявляется графиком колебаний
уровня грунтовых вод на рис. 61. На этом графике первые три года
наблюдений (19М—1913) показывают постепенное общее
повышение уровня грунтовых вод, достигшее для летнего максимума в
1913 г. глубины 3,5 м от поверхности, что в дальнейшем угрожало,
начиная уже с 1914 г., подъемом до глубины 2,5 м т. е. до
критической глубины, при которой уже начинается засоление почвы.
В 1914 г. после устройства дренажа уровень грунтовых вод был
понижен до первоначального положения, бывшего в 1911 г. и
далее колебался около некоторого среднего положения, не
поднимаясь выше глубины 6 я от поверхности, что является
безопасным в отношении засоления.
248

Подъем грунтовых вод вследствие орошения до глубины менее
2 — 3 м, при котором развивается усиленное расходование
грунтовой воды на испарение с поверхности почвы и на транспирацию,
является причиной вторичного засоления почв, приводящего
иногда орошаемые земли в полную негодность для земледельческой
I
i
1
I
I
1
Период
пердого
полибо
на соседних
землях
Период
поливов
на соседних
земляк
Период
поливов
на соседним
землях
31927 г.
Отметки земли
— скв.Ий
ctoA/Ht
скШО
сШ?8
Рис. 60. Подъем уровня грунтовых вод на участке Голодноетепскоч
опытной оросительной станции под влиянием орошения.
культуры. Из ирригационной практики известны случаи засоления
огромных площадей в результате искусственного орошения,
причинами чего явились; неумеренное пользование оросительными
водами, незнание режима грунтовых вод, отсталая техника
орошения, запущенное состояние оросительных систем и другие
факторы, свидетельствующие о недоучете естественно-исторических и в
частности гидрогеологических условий орошаемых земель и о
недостаточном внимании к поливным нормам.
249

Размер площади засоленных и заболоченных при орошении
земель, по ориентировочным подсчетам, сообщенным А. Н.
Костиковым на III сессии Всесоюзной академии сельско-хозяйственных
•^ ^О fr-ч OQ Оі
уош fid) д дод хядои/н/к/г ошнослс/ог тпрбщ
наук имени Ленина в 1936 г., достиг огромной величины — около
2 млн. га.
В Средней Азии засолено и заболочено около 1,5 млн. га, что
составляло 47% фактически орошаемой площади, в Закавказье —
около 390 тыс. га — 40% фактически орошаемой площади, на Се-
250

верном Кавказе — около 75 тыс. га — 35% фактически
орошаемой площади.
На отдельных орошаемых участках процент засоленности
земель достигал очень высокой цифры, например, в Голодной Степи
(Узбекистан) — до 80%, п Муганской степи (Азербайджан)—до
70%.
В связи с ростом засоленных земель в СССР были
поставлены в ряде ирригационных районов комплексные исследования,
имеющие своей задачей выяснить причины засоления и найти
меры борьбы с ним. Такие исследования проводились, например, в
восточном Закавказье (в Мильской, Муганской, Ширванской и
Сальянской степях), где в составе исследовательских работ
важное место занимали и гидрогеологические исследования Ф. П. Са-
варенского, В. А. Приклонского и В. Ф- Мильнера. Очень ценный
материал по вопросам засолений мы находим также в
мелиоративных исследовательских работах (см. работы А. Н. Костякова) и в
почвенных исследованиях (работы И. Н, Антипова-Каратаева,
В. А. Ковда, Л. П. Розова).
Прежде чем перейти к непосредственному рассмотрению
вопросов ирригационного засоления приведем некоторые данные о
составе засоленных почв в дополнение к сведениям, изложенным
нами в I главе о процессах континентального засоления. Мы уже
указывали, что существуют два основных типа засоленных почв:
солончаки — почвы, богатые легкорастворимыми солями Na, Ca>
Mg, и солонцы — почвы, содержащие в своем поглощающем
комплексе поглощенный натрий, но не содержащие заметных
количеств растворимых солей [19].
Основными свойствами солонцов, по характеристике В. А.
Ковда, являются «их высокая плотность и столбчатая структура в
сухом состоянии, вязкость и бесструктурность — во влажном
состоянии и токсическая щелочная реакция почвенных растворов,
связанная с образованием соды».
В солончаках высокая концентрация электролитов способствует
коагуляции почвенных коллоидов. В соответствии с этим
солончаки отличаются ясно выраженной структурностью, рыхлостью
сложения и большей проницаемостью для воды и воздуха, чем
солонцы.
Те и другие почвы неблагоприятны для произрастания
культурных растений. Поэтому ирригационное засоление орошаемых
земель, при котором природные незасоленные почвы превращаются
в солончаки, представляют собой явление, с которым приходится
вести сложную борьбу.
Основной причиной засоления при ирригации является подня-,
тие уровня грунтовых вод под орошаемой площадью до высоты
более критической, когда капиллярные восходящие токи,
создающиеся под влиянием испарения, ведут к перемещению
легкорастворимых солей из горизонта грунтовых вод в почвенные и корне-
обитаемые горизонты. Непосредственными причинами поднятия
грунтовых вод на орошаемых территориях, по указанию В. А. Ков-
251

У да, являются следующие: 1) чрезмерно высокие поливные нормы
I / и зачастую полив без каких-либо норм на-глаз; 2)
непроизводительные потери воды на фильтрацию из оросительных каналов,
достигающие 20—30% подаваемой каналами воды; 3) плохое
состояние и отсутствие водосборной сети, в результате чего
избыток оросительной воды идет на дополнительное питание грунтовых
вод; 4) фильтрация воды из водохранилищ; 5) подпор грунтовых
вод водохранилищами; 6) использование магистральных каналов
для водоснабжения, что удлиняет сроки фильтрации воды из
каналов в грунт.
В целом Rce перечисленные виды излишнего питания грунтовых
вод приводят к коренному изменению их баланса в сторону
значительного увеличения приходной части, и если нет хорошего
естественного дренажа (способного отвести воду на сторону), то
получается избыток грунтовой воды. При этом неизбежно поднятие
грунтовых вод, которое со временем достигает критической
высоты и приводит к вторичному засолению почв на орошаемой
площади.
Лишь в исключительно благоприятных в отношении
естественного дренажа условиях подобная несовершенная техника
орошения проходит безнаказанно. Такие условия встречаются в областях
предгорий на наклонных равнинах, на террасах речных долин, на
конусах выноса с глубоким залеганием грунтовой воды, с
мощными толщами галечников, залегающими на некоторой глубине под
почвой и обеспечивающими совершенный подземный сток даже
лри избытке питания грунтовых вод инфильтрационными,
ирригационными водами (рис. 62). В области' равнин и низменностей та-
?йрая
Речная долина
Родники
Река
Рис. 62. Профиль террасы, сложенный суглинками с прослоями
песка и галечника в основании и расчлененной оврагами и
руслами. Здесь благодаря хорошему естественному дренированию
вторичного засоления при орошении не происходит
кие же благоприятные условия мы наблюдаем на орошаемых
участках, располагающихся вдоль высоких аллювиальных и других
террас, сложенных проницаемыми отложениями; участки таких
террас обеспечены от засоления при условии, если они не
находятся в зоне подпора от водохранилищ.
Отмеченные геоморфологические типы орошаемых земель,
благоприятные для ирригации, однако, составляют относительно
небольшую площадь. Более крупные ирригационные массивы в СССР
:2о2

приурочены к степным равнинам, широким междугорным
низменностям, в которых естественный дренаж и естественный
подземный сток развиты слабо или совсем отсутствуют (Муганская,
Мильская степи и др. низменности восточного Закавказья)
отчасти Голодная степь.
На этих территориях, даже несмотря на первоначальную
значительную глубину грунтовых вод ввиду отсутствия естественного
подземного стока, неизбежен подъем грунтовых вод до опасных
пределов. Например, в Голодной степи на некоторых участках
начальная глубина грунтовых вод в 1913 г. была 12—15 м.
Неправильное пользование оросительной водой и дефекты ирригационной
сети при годовой подаче в среднем до 35 000 мУга, привели в
конце концов к подъему грунтовых вод до глубины 1 — 1,5 м от
поверхности, что повлекло за собой катастрофическое засоление
больших площадей, которое началось в 1920 г. и особенно
развилось к 1930— 1935 гг.
Приведенные сведения убеждают нас в исключительной
важности проблемы борьбы с засолением почв при орошении.
Борьба эта может осуществляться в виде мероприятий двух
родов: 1) профилактических мер, предпринимаемых на орошаемых
площадях в целях предупреждения развития процессов засоления
в связи с ирригацией и 2) мелиорации солончаков и солонцов, как
естественных, так и образовавшихся з результате ирригационного
засоления.
В основу профилактических мероприятий должно быть положе-\
но твердое знание режима грунтовых вод и общего — водно-соле-|
вого режима местности. Для этой цели с самого начала ввода в|
эксшюатацию ирригационной системы должны быть организованы
систематические наблюдения за режимом грунтовых вод, за их
уровнем и минерализацией, за состоянием влажности и
химическим составом почв, за составом поливных вод и количеством их.
Эти наблюдения осуществляются посредством стационарной сети
наблюдательных колодцев или скважин и постоянно действующей
лаборатории, где производятся систематические анализы вод и
почв. Для четкого представления о грунтовых водах необходимо
хорошее знание почв и гидрогеологии района, подкрепленное
почвенными и гидрогеологическими картами, на которых остановимся
ниже. Главными профилактическими мероприятиями в отношении
техники ирригации яеляются: максимальное снижение поливных
норм до предельного минимума, уменьшение фильтрации из кана.** \
лов, устройство сборной сети и другие меры борьбы за уменьше-л
ние приходной части водного баланса орошаемой площади. **"?
Радикальные технические средства для улучшения водного ба- *
ланса орошаемых площадей заключаются в более совершенных
способах орошения: например, орошение дождеванием, орошение
глубокими бороздами с применением частых поливов небольшими
порциями.
Наконец, важный комплекс профилактических мероприятий
составляют агротехнические приемы, уменьшающие непроизводитель-
253

ное испарение с поверхности почвы капиллярных вод; введение трав
в севооборот (хлопково-люцерновый севооборот), удобрения,
создание глубокого пахотного слоя, систематическое рыхление и т. п.
В ряде случаев, однако, перечисленные профилактические
мероприятия не гарантируют от подъема грунтовых вод и развития
вторичного засоления, которое, например, становится
неизбежным при подпоре грунтовых вод водохранилищами и при
отсутствии естественного дренажа.
В этих случаях радикальной мерой против засоления может
быть лишь дренаж, закладываемый на уровнях, обеспечивающих
от поднятия грунтовых вод до критической глубины. Дренаж
орошаемых земель может осуществляться или сетью горизонтальных
дрен или системой колодцев и скважин.
Горизонтальные дренажи закладываются на глубину не менее
3,0—3,5 м. Более мелкий дренаж в данном случае не достигает
дели, так как при неглубоком положении уровня грунтовых вод
не устраняется интенсивное расходование грунтовых вод на
испарение. Горизонтальные дрены мало эффективны при слабой
водопроницаемости грунтов на горизонтах заложения дрен, а также при
наличии более глубоких мощных водоносных слоев, сложенных
хорошо проводящими породами (пески, галечники) и
гидравлически связанными с грунтовыми водами. В этих случаях более
эффективным методом дренажа, как уже мы видели ранее (гл. VIII),
является понижение грунтовых вод посредством откачки из
системы колодцев, заложенных в нижележащих водоносных слоях,
обладающих хорошей водопроводимостью и водоотдачей,
В таких условиях каждый колодец способен извлекать из
водоносного пласта большое количество воды и создавать широкую
депрессионную воронку и эффективно понижать уровень грунтовых
вод на широкой площади.
Такие водолонизительные колодцы были применены впервые на
орошаемых землях в Калифорнии и получили название
«калифорнийских колодцев». Метод калифорнийских колодцев применяется
и в некоторых ирригационных районах СССР, например Аразда-
янской степи в Армении.
У Условия применения калифорнийских колодцев определяются
основным принципом их действия: способностью создавать
широкую депрессионную воронку в водоносном пласте, что
обуславливает быстрое понижение на ее площади грунтовых вод.
Из этого следует, что для эффективного действия
калифорнийских колодцев необходимо, чтобы между верхними слоями грунта
и водоносным пластом, из которого производятся откачки, не было
^непроницаемых прослоев, могущих помешать просачиванию воды
сверху вниз, а также важно, чтобы водоносный пласт обладал
хорошей водопроводимостью, обеспечивающей достаточно высокую
производительность колодцев и большой радиус действия их.
Обычно дебит калифорнийских колодцев довольно высок:
порядка 50—100 л/сек, а радиус влияния доходит до 1—2 км.
Вода, извлекаемая калифорнийскими колодцами, поступает в оро-
254

сительные каналы и, разбавляясь пресной водой последних, идет
на орошение. При этом, конечно, должен быть учтен химический
состав откачиваемых грунтовых вод, от которого должно зависит
количество примешиваемой воды. Предел добавления
минерализованной грунтовой воды в оросительные каналы определяется
допустимой концентрацией солей в получающейся смешанной воде.
В случае орошения уже засоленных почв: природных
солончаков и солонцов или почв, засоленных вследствие неправильного
орошения (результат вторичного засоления), описанные выше
профилактические мероприятия недостаточны; здесь необходима
мелиорация почв, характер которых видоизменяется в зависимости
от вида засоления.
Для солончаков при их использовании в полеводстве задачей
мелиорации является уменьшение концентрации солей в корнеоби-
таемых горизонтах почвы до пределов, при которых не
наблюдается токсического действия солей в почвенных растворах. Для этой
цели служит промывка солончаков ирригационной водой, которая
проводится обычно путем применения повышенных норм полива в
невегетационный период. Необходимо, однако, отметить, что
указанная простая промывка обильными поливами может дать
положительные результаты лишь в том случае, если обеспечен отток
грунтовых вод на сторону, благодаря наличию благоприятных
условий для естественного дренажа.
В иных условиях простая промывка солончаков даст лишь
временный эффект и скоро приведет к повышению уровня грунтовых
вод и к вторичному засолению почв. Чтобы не допустить
реставрации солончаков, необходим искусственный дренаж.
Другой опасностью, возникающей в связи с промывкой
солончака, является осолонцевание почвы, происходящее вследствие
нарастания насыщенности поглощающего комплекса почвы натрием.
Под влиянием этого процесса при удалении из почвы растворимых
солей она приобретает отрицательные свойства солонца:
повышенную щелочность, распыленность почвенных коллоидов, вязкость,
коркообразование. В таком случае борьба с засоленностью,
помимо удаления из почвы избытка растворимых солей, требует
также воздействия на физико-химические свойства почвы, что имеет
особенное значение при мелиорации солонцов. Наиболее известным
способом химической мелиорации солонцов является гипсование,
которое заключается во внесении в почву гипса с последующей
промывкой почвы для удаления солей, образующихся в результате
возникающих при гипсовании реакций. Действие гипса
проявляется двумя реакциями:
1) нейтрализация соды:
Na2CO, -f CaS04 = СаС03 4- Na2S04I
2) замещение поглощенного натрия кальцием:
Na2 (почв, коллоиды)-f-CaS04—• Са (почв, коллоиды) -f- Na2S(V
Для химической обработки солонца может служить также
известь.
255

Для иллюстрации действия на засоленную почву промывки и
гипсования приведем данные по исследованию ионно-солевого
со
см
X
о.
3
а
О
н
3 t^ «і
к •
ко =?
й; О
?~
О еа
(-4
О
Я
са
р*
О
с
га
Я
с?
о
и
си
3
Е
s
о.
о
ю
о
га
О.
о
>=г
о
га
^
+
га
О
га
2:
і*г
Ь0
га
U
О
со
О
«о
о
и
«3
о
to
g
CO
CO*
CO
CN
00
О
CD
О
CN
С cs
о
о
ел
ю
3
о
О,
с
о
3
и
3
о/
U
о
со
о'
О)
о
CN
О*
со
00
CN
00
CN
О*
t^
^
о
CN
©"
ел
4*
CN
CN
of
•^
rf
00
CN
CO
о
CN
o"
CO
3
CD
00
4**
CN
Ol
Ю
00
о
o~
CN
CN
CO
<-< о
CO
o"
о
СЧ
о'
CN
CO
o*
*-H
CN
О
CD
^
О
<tf
y—<
о
en
CO
о
CO
4—*
о
CN
CO
о
о"
ю
о*
00
ID
СО
СО
г-
CN
О*
ю
о
CN
о'
и 3
я
а
о
с
о
О
О
3
о
со
CN
CN
О
О*
ю
о
9
CN
О
со
о
г*-
1^
ю
00
со
со
СО
00
ел
о*
3
о"
СП
со
СО
СО
CN
о'
СО
о'
о*
CN
о"
о
о*
о
о"
s
о*
S
о"
00
о
о"
СО
о
о"
о
о"
CN
со
СО
53
о
0,0
о
о
о*
о
0,15
о
0,15
CN
CN
8
CN
СО
СО
со
комплекса в Калифорнии при проведении опытов по
содового солончака (табл- 26).
мелиораци»
256

Промывка и гипсование, соединенные с культурой люцерны,
вызвали здесь коренную мелиорацию солончака. Из верхних
горизонтов его полностью была удалена сода. Поглощенный натрий
оказался замещенным на 70% кальцием и магнием. Отмечено было
повышение урожайности.
§ 60. Состав гидрогеологических исследований для ирригации' 1
Из приведенного выше обзора мы можем отчетливо
представить всю сложность и практическое значение исследовательских
работ для обоснования как для строительства вновь
проектируемых ирригационных систем, так и для улучшения старых. Здесь
мы встречаемся с одним лз случаев, когда исследовательские
работы и изыскания приобретают характер сложного комплексного^ і
исследования, включающего в свой состав различные области зна-^^
ния и техники. В данном случае комплекс исследований включает ¦
в себя: метеорологические, гидрологические (в отношении изуче- ;
ния режима рек и поверхностного стока), гидрогеологические и >
почвенные, геоботанические, мелиоративно-гидротехнические и
инженерно-геологические.
Весь комплекс исследований и изысканий для ирригации
подразделяется на следующие группы работ:
1. Исследования источников орошения, которыми могут быть і
или поверхностные воды (реки, водохранилища) или подземные
воды (грунтовые и артезианские воды).
2. Исследования для строительства головных ирригационных
сооружений и магистральных каналов.
3- Исследования на орошаемых площадях.
В работах первой группы участие гидрогеологии требуется при
изучении подземных вод для использования их в качестве
источника орошения. Подземные воды для искусственного орошения
используются в значительных размерах. Например, в США в 1920 г.
для орошения, по Данным А. Н. Костякова, эксплоатировалось
32 000 колодцев, дававших более 1 300 м3/сек воды и орошавших .:.
8% всей орошаемой площади в США. В Индии в 1924—1925 гг.
из общей орошаемой площади 45 млн. акров на долю колодезного
орошения приходилось 10 млн. акров, т. е. около 22%. В СССР
подземные воды используются для орошения повсюду: в Крыму,
где широко применяются для этой цели артезианские воды; в
Туркмении в подгорной равнине Копет-Дага, где используются воды.
источников и грунтовые воды, захватываемые кяризами; в
предгорных районах и межгорных долинах Узбекистана, где
используются многочисленные обильные источники из галечников конусов
выноса (Кара-су). Однако главным источником орошения как за
границей, так и у нас в СССР, являются реки, из которых получают
воду наиболее крупные ирригационные системы.
При гидрогеологическом исследовании подземных вод, как
источников орошения, разрешаются в основном те же задачи, что
17 Каменский
257

н при исследовании их для водоснабжения: оценка качества воды,
определение эксплоатационных ресурсов и выяснение условий во-
(дозабора. Здесь применимы уже описанные нами в главе VI
методы поисков и разведок вод, однако при этом следует отменить
некоторые особенности постановки исследований. При оценке
качества подземных вод для ирригации необходимо учесть
специальные требования к оросительным водам, которым подземные воды
нередко не удовлетворяют ввиду их высокой минерализации. Очень
часто в ирригационных районах на равнинах подземные воды
бывают сильно минерализованными и мало пригодными для
орошения. Более благоприятными в этом отношении являются предгорные
районы, где многочисленные источники и напорные воды в галеч-
никовых отложениях обладают вполне удовлетворительным
качеством для орошения.
В деле количественной оценки ресурсов подземных вод для
ирригации необходимо учитывать размер потребностей в
оросительной воде, а также сезонный характер водопотребления в
ирригации, что требует четкого выяснения режима используемых вод и
возможных сезонных колебаний их дебита. Здесь вполне уместна
оценка эксплоатационных ресурсов с учетом значительной
временной сработки статистических запасов в поливные периоды с
расчетом на пополнение их в остальное время года (осень, зима).
Что касается исследования поверхностных вод для ирригации,
то здесь главная роль принадлежит гидрологическим и
гидротехническим изысканиям, задачами которых являются выяснение
ресурсов речных вод и вод поверхностного стока. Для
проектирования ирригационных сооружений геологическая группа
исследований приобретает форму инженерно-геологических pa6of,
выясняющих условия возведения сооружений.
Наиболее специфическими в проблеме геологических
исследований для ирригации являются гидрогеологические исследования на
¦самих орошаемых территориях.
В ряде дисциплин, участвующих в научном обосновании
ирригационных и мелиоративных работ, гидрогеология особенно на
первом этапе исследования должна быть тесно связана с
почвоведением, а в дальнейшем с мелиорацией.
В начальной стадии исследований задачей гидрогеологии
является выяснение гидрогеологических условий района, что должно
дать геологическую основу для изучения почв и для мелиоратив-
нр-гидрогеологических изысканий, 'которые должны в результате
решить вопрос о пригодности исследуемой территории для
искусственного орошения
Во многих случаях решающее значение в этом вопросе
принадлежит выяснению гидрогеологических условий. Например,
местности с глубиной залегания грунтовых вод меньше критической
1(2,5 — 3,0 м), даже при благоприятных почвах, не пригодны для
¦орошения без искусственного дренажа, так как без регулирования
¦уровня грунтовых вод дренажем орошение на таких территориях
інеибежно приводит к засолению. Гидрогеологическое исследование
258 ' .

на выбранной для орошения территории включает следующие
_^мИ—& ¦ і»"И it» L ШН tut А
овные задачи: -^ |
1. Определение глубины грунтовых вод, \\
2. Исследование химического состава грунтовых вод,
3. Определение водопроницаемости водоносных пород,
4. Изучение режима грунтовых вод и условий их дренирования.^
И* деле освещения вопроса о вторичном засолении при иррига-*
дии важное значение приобретает выяснение возможности подъема
грунтовых вод до критической глубины, при которой могут разви—
.ватьсн процессы засоления. Задача эта, которая должна
рассматриваться как прогноз режима грунтовых вод при ирригации,
требует прежде всего знания природного режима вод изучаемой
площади, а также ряда данных, определяющих водные свойства по-ф
род водоносного горизонта и капиллярной зоны, особенно
водопроницаемости, водоотдачи, влагоемкости, недостатка насыщения.
Методика прогноза изменений режима грунтовых вод при
ирригации еще .не разработана. Здесь намечается исследовательская рабо*
"та в следующих направлениях:
1) в направлениях использования данных по режиму
грунтовых вод, существующих оросительных систем;
2) в направлении теоретических расчетов на основе уровнений
динамики подземных вод, в частности—уравнений движения грун- *
товых вод в конечных разностях по аналогия с расчетом подпора
грунтовых вод в условиях неустановившегося движения.
Для уяснения картины существующего режима грунтовых вод
и для оценки направлений возможных изменений режима под^
влиянием ирригации очень важно составление водного баланса^
изучаемой площади. Для орошаемых площадей Н- М. Крылов,
изучивший грунтовые воды ирригационной системы Голодной сте- ч
пи [46], предложил уравнение, сходное с балансовым уравнением
Кене, дающее возможность исследовать ход изменения уровня
грунтовых вод:
V.H = (N \-Уі \-W1 j-zj-to |-W, \ z,)-(L~F),
где Н— изменения уровня грунтовых вод за данный промежуток
времени,
и-—удельная водоотдача или недостаток насыщения грунта,
дг—атмосферные осадки,
3?і— количество воды, поступающее в ирригационную систему
у головного сооружения;
W{—приток воды подземным потоком;
;?,— конденсация воды в ночве;
Уг~количество воды, стекающее через сбросную сеть,
включая поверхностный сток;
Wt—отток воды в виде подземного стока;
z8—испарение с поверхности почвы, с водной поверхности
и транспирация растениями;
17 *
259

/.—изменение запасов воды в зоне под уровнем грунтовых
вод, включая запасы воды в почве;
F— изменение запасов воды в поверхностных водоемах,
а также воды в виде снега и льда.
Изучение режима и баланса грунтовых вод имеет очень
важное значение для наблюдения за работой действующих
ирригационных систем в целях установления неблагоприятных
изменений в положении уровня грунтовых вод и принятия своевременных
мер к регулированию их режима.
Учитывая охарактеризованные выше гидрогеологические
задачи, мы можем наметить следующие принципиальные положения в
деле постановки гидрогеологических исследований для ирригации.
"~ 1. Исследование территорий, намечаемых под орошение,
должно быть начато с геологической или геоморфологической и
гидрогеологической съемки. Однако одна съемка в условиях
преобладающего равнинного рельефа орошаемых районов не может дать
материалов для каких-либо завершенных конкретных решений,
хотя бы, например, вопроса о пригодности исследованной площади
под орошение, так как для ирригации очень важно прежде всего
знать глубину залегания и химический состав грунтовых вод-
Поэтому на первой же стадии съемочные работы дополняются
заложением неглубоких^ зондированных скважин и шурфов,
главным назначением которых является определение глубины и
химизма грунтовых вод. В результате такой постановки комплексная
гидрогеологическая съемка с неглубокими разведками даст
конкретное представление о гидрогеологических условиях района, о
глубине грунтовых вод и их. химическом составе, что в сочетании
с другими видами исследований (почвенными и мелиоративными)
даст возможность вполне обоснованно осветить вопрос о
пригодности исследованной территории под орошение.
5_этой первой стадии гидрогеологическое исследование
должно дать геологическую карту, в которой должно быть обращено
особое внимание на литологию и геоморфологию,, карту
гидрогеологическую с показанием глубин и минерализации грунтовых вод.
2. В следующей стадии, когда исследования производятся на
площади, намеченной под орошение, для конкретного
обоснования технического проекта ирригационной системы,
гидрогеологические работы на изучаемой площади главным образом
складываются из разведочного мелкого бурения, которое проводится
в виде сети неглубоких скважин, часть которых оборудуется для
наблюдений за режимом грунтовых вод. Скважины располагаются
преимущественно по поперечникам к речным долинам для
установления соотношения грунтовых вод с реками, ирригационными
каналами и водохранилищами (существующими и проектируемыми)-
На некоторых поперечниках закладываются более глубокие
скважины для разведки, залегающие ниже • водоносных слоев,
которые могут служить для естественного дренирования орошаемой
площади, а в некоторых случаях быть источником подтопления или
260

же, наконец, служить горизонтом для заложения калифорнийских
колоддей. "" "" """ "'"""*" —~~
Результаты произведенных разведочных работ и наблюдений
после их соответствующей обработки оформляются в виде карт:
1) геолого-литологической, 2) геоморфологической, 3) карты гидро-
йзогипс, 4) карты глубин грунтовых вод, 5) карт минерализации и
химического состава грунтовых вод (рис. 63, 64, 65).
Впервые такая система карт была составлена для
ирригационных районов восточного Закавказья Ф. П. Саваренским [97]
и В. А. Приклонским [90].
Для отображения режима грунтовых вод некоторые карты
(глубин и гидроизогипс) составляются для наиболее характерных
важнейших периодов, как, например, для начала и середины
вегетационного периода, для зимнего времени, для наиболее водо-
обильного и меженного периодов. Ф. П. Саверенский для Муган-
ской степи составил карту глубин залегания на следующие сроки:
1 мая, 1 июля, 1 сентября, 20 декабря.
Детальные гидрогеологические исследования включают также
^опытные работы по определению коэфициентов фильтрации отказ-,
jcofi, по определению капиллярности грунтов, опытнТйер^боты для
261

исследования явлений инфильтрации- в почвах и грунтах по методу
Болдырева и другим методам-
В случае если орошаемый участок попадает в зону подпора-
от водохранилищ или каналов, то необходимо путем заложения
соответствующих створов скважин, как это описано ранее в
главе VII, путем расчетов определить возможные ^ззуеры подтоплен
ния исследуемых участков.
Рис. 64. Карта минерализации грунтовых вод.
Величина сухого остатка в г/л: 1- более 50; 5—от 10—50; 5—от 2—Ю; 4—менее 2.
оТ ! Специальные работы ставятся для выяснения возможности: t
¦J г'применения метода калифорнийских колодцев. Для этой цели дол- '
жны быть исследованы разведками и опытными откачками подсти-
"йілающие водоносные пласты, находящиеся в гидравлической связи
с грунтовыми водами. Откачками здесь определяется коэфициент
фильтрации водоносности пласта, радиус влияния скважин,
величины понижения в опытных и наблюдательных скважинах,
производительность скважин при различных понижениях. Данные этих
откачек должны быть достаточными для проектирования
отдельных скважин вместе с определением типа и мощности насосных,
установок, а также для расчета взаимодействия скважин водопо-
низительной системы. При опытной откачке очень важно поставить
наблюдения за уровнем воды не только в водоносных слоях,,
из которых производится откачка, но и в- верхнем горизонте грун-
262

товых вод и верховодке, которые находятся в слоях грунта,
залегающих непосредственно под почвой.
Кол 30
JJt-J п горизонтальный
5 0 5 ЙН2025* .
ы, і ¦ і t=t=f вертикальный
rCV — •—•-—
гНЩ—х—х—*
^2ЮСкд.39 ШЛО СкШ ШЛ2
Силой остаток ,_
15? на Л - '»'
Ю,0000
8,0000
6,1 3.9 30,233) 125,8 30,6
79,3
69,7
52,0
% 5,0000
^ 2.0000
Л 10000
& OJ00O
$ 0,2000\
? 0.W00
% OJJSO0
^ ъ
ft-
0.0200
& Q.0100
^ 0,0020
0,0010
^
і^
¦/
••я . V / I
^
^
+=
;?
X
^
X
5^3
х:
%г
ТЪ^
К=Х
Область сульфат- I
//wjr &? с глубиной I
залегания >5м \Областьхлоридньа Вод с глубиной залегания ^Зм
*Wi
»'—¦*»
4^
¦ГСП
ТП^ЪС=*»
_*!
. . Л Предполагаемая зона I Зама близкая кнасыще-
Зона дыщелачиоанир выделения гипса \ ни/о гипсом
Рис. 65. График химического состава грунтовых вод для юго-западной
окраины низменности Закавказья (по В. А. Преклонскому).
Гидрогеологические детальные исследования нередко ставятся
на действующих ирригационных системах в связи с изучением
^тросов засоления и мелиорации засоленных орошаемых земельГ
Для этой цели проводится весь комплекс гидрогеологических
исследований, описанных выше, особое внимание при этом
уделяется режиму и балансу грунтовых вод, их химизму и связи ***
грунтовых вод с орошением. Анализ данных по режиму и баланс
вод орошаемой территории позволяет установить обоснованно! $S;
причины засоления и наметить методы борьбы с засолением. v
На крупных ирригационных системах в целях постоянного
наблюдения за режимом грунтовых вод организуется стационарная
сеть наблюдательных пунктов, объединяемых районными
гидрогеологическими станциями, входящими в государственную сеть
опорных гидрогеологических станций для наблюдений за режимом
подземных вод.

Глава X
РУДНИЧНЫЕ ВОДЫ
§ 61. Понятие о рудничных водах и задачи рудничной
гидрогеологии
История горного дела свидетельствует что в древние и средние
века подземные воды во многих случаях определяли пределы
развития горных работ в глубину, так как техника того времени
не давала возможности преодолевать приток воды в глубокие
выработки созданием достаточного мощного водоотлива. Д. И. Ще-
голев [136] указывает, что приток воды в рудники на глубине
ниже базиса эрозии даже в размере около 1 я/сек при тех
средствах, которыми располагал человек в XVIII в. и ранее, был
непреодолимым препятствием для дальнейшего углубления руд
ника. Такими средствами были преимущественно водоподъемники
(черпаки), действующие с помощью ручного или конного привода.
В связи с отмеченными трудностями разработка
месторождений полезных ископаемых в прежнее время, пока техника не
достигла достаточно высокого уровня, велась преимущественно лишь
там, где не было воды.
С. С. Смирнов в описании полиметаллических месторождений
Восточного Забайкалья сообщает, что многие разработки были
там заброшены по причине притоков воды, с которыми не могли
справиться из-за недостатка технических средств.
Начиная со второй половины XIX в. когда для водоотливных
работ в рудниках появились паровые машины, а затем
впоследствии, стала применяться электроэнергия, техника борьбы с водой
в горных работах быстро развивалась и в настоящее время
достигла такого совершенства, что вода уже не лимитирует глубину
горных выработок, идущих на сотни метров ниже естественного
уровня подземных вод (шахты Донбасса достигают 700 м
глубины) . Количество воды, извлекаемой . из отдельных водообильных
шахт, во многих случаях исчисляется тысячами куб. метров
в сутки. Водоотлив в некоторых современных рудниках доходит
до 20 000 и более мЧсутки. Две шахты северо-уральских
бокситовых рудников дают более 50 000 м3/сутки.
264

Отмечая большие технические возможности в деле борьбы
с .обводнением рудников, мы одновременно должны обратить
внимание на возрастание удельного веса этой борьбы в общем
комплексе горных работ, на возрастание материальных затрат,
связанных с рудничным водоотливом и другими техническими
мероприятиями, необходимыми при разработке обводненных
месторождений. Требуемые затраты достигают иногда таких размеров, что
не окупается стоимость добытого полезного ископаемого и
нерентабельным становится разработка обводненного месторождения.
Укажем здесь, что, как правило, из рудников извлекают . воды
больше в несколько раз, чем полезного ископаемого. Отношение
количества воды в куб. метрах к количеству добываемого
полезного ископаемого в тоннах называется коэфициентом водообиль-
ности, величина которого в среднеобводненных шахтах около
"2—3, а в сильно обводненных достигает 10—20.
Вместе с тем надо отметить, что, -несмотря на высокий уровень
современной техники рудничного водоотлива и горного дела.в
целом, еще в настоящее время нередки случаи аварий в рудниках,
происходящих из-за прорыва подземных вод, сопровождающихся
прорывом плывунов и другими деформациями водоносных
неустойчивых горных пород. Катастрофические прорывы воды в горные
выработки нередко сопровождались не только остановкой, работ
по эксплоатации рудников, но даже человеческими жертвами.
Л. Д. Шевяков обращает также внимание на те осложнения
в условиях труда, которые создает вода для рабочего в забое.
«Вода в рабочем пространстве не только неприятна (что, понятно,
-понижает производительность труда), но и опасна: люди,
работающие в мокрых забоях, легко простужаются; при мокрой,
скользкой почве и крепи нередки ушибы людей при падении; боковые
глинистые породы, впитывая воду, ослабляются и делаются более
склонными к обрушению. Поэтому, согласно закону, в мокрых
забоях устанавливается сокращенный рабочий день».
В заключение обзора трудностей, создаваемых подземными
водами в рудниках, укажем на затопление шахт Донбасса и
других рудников, происшедшее в результате временной оккупации
немцами во время отечественной войны 1941—1945 гг. После
освобождения Донбасса, Кривого Рога и других горно-промышленных
районов все шахты в этих районах оказались затопленными,
водоотливные средства уничтоженными, и перед советским народом
возникла трудная задача осушения и восстановления затопленных шахт.
В шахтах Донбасса за два с лишним года оккупации, с августа
1941 г. по сентябрь 1943 г., накопилось 560 млн. м3 воды.
В деле восстановления затопленных шахт первую крупную
задачу составляет откачка воды.
Опыт восстановления шахт в Западной Европе после первой
империалистической войны с Германией в 1914—1918 гг. показал,
что для осушения затопленных шахт требуются годы напряженной
работы; например, во Франции в угольном бассейне Па-де-Кале
на восстановительные работы потребовалось около 6 лет.
265

Изложенный обзор достаточно выявляет актуальность
проблемы рудничных вод, которой в последнее время стали уделять-
должное внимание и в науке. В горном деле выделено учение
о рудничном водоотливе в качестве самостоятельной дисциплины*
преподаваемой в горных втузах.
В гидрогеологии намечается развитие самостоятельного учения
о рудничных водах и гидрогеологии месторождений полезных
ископаемых.
Первая сводная работа по этой новой отрасли знания была
дана Д. И. Щеголевым [135], который впервые в брошюре
«Гидрогеология рудника» охарактеризовал роль подземных вод в
обводнении рудников и задачи гидрогеологической службы на рудниках,
а затем дал развернутое представление о содержании проблемы
рудничных вод в своей диссертации [136].
В числе задач рудничной гидрогеологии мы можем назвать
следующие: изучение гидрогеологии разведуемых и вновь
разрабатываемых месторождений и гидрогеологическая оценка
месторождений, гидрогеологическое обоснование работ по проходке шахт,
наблюдение за рудничными водами на существующих рудниках,
выяснение режима водопритока и участие гидрогеолога в проведении
систематических мер борьбы с рудничными водами при эксплоата-
ции месторождения.
Кроме того, в связи с вопросами геохимии вод рудных
месторождений в последнее время наметилась задача по изучению
химизма подземных вод как поисковых признаков месторождений
некоторых цветных металлов и редких .элементов.
Основные задачи рудничной гидрогеологии связаны с
вопросами притока воды в горные выработки, с чего мы и начнем
следующий параграф.
§ 62. Величина и режим водопритоков в горные выработки
Источниками обводнения горных выработок являются прежде
всего водоносные пласты и проводящие воду трещины, которые
вскрываются горными выработками. При этом надо различать два
вида горных выработок: 1) стволы шахт и 2) другие эксшюатл
циовные выработки (квершлаги, штреки) и очистные выработки.
Первые в процессе проходки вскрывают наибольшее количество
водоносных горизонтов, пересекая все горные породы, начиная
сверху и до разрабатываемой залежи, но стволы шахт обводняются
лишь в процессе их проходки, после чего водоносные горизонты
изолируются цементной одеждой, и приток воды через стенки
шахты прекращается.
Другие подземные эксплоатационные выработки закладываются
главным образом в толще самой разрабатываемой залежи и лишь
частично заходят в окружающие породы кровли и постели или
боковые породы. Выработки эти, продвигающиеся постоянно в
процессе добычи полезного ископаемого, остаются не
изолированными от доступа подземных вод. Вода в них поступает, во-первых,
непосредственно из самой залежи полезного ископаемого, но
266

обычно последние представляют собой породы мало водообильные
(например, каменноугольные пласты, железорудные кварциты),,
и главным источником обводнения эксплоатационных подземных
разработок являются водоносные толщи, залегающие в «кровле
месторождения», а нередко и напорные водоносные горизонты,
лежащие в слоях «постели» месторождения. В некоторых случаях
источником обводнения являются воды боковых пород. Например,
в Донецком бассейне 10-километровая (продуктивная) толща
среднего и верхнего карбона сложена из глинистых сланцев и
песчаников с прослоями известняков и углей, П. Н. Степанов дает'
следующие процентные соотношения тех и других пород:
Песчаники от 16,0% до 48,5%
Сланцы „ 48,4% - 82,00/0
Известняки „ 0,9% . 1,3%
Угли .. 10% . 1.*%'
Водоносными горизонтами в этой толще являются песчаники,
известняки, а иногда, песчаные сланцы, если они разбиты
трещинами. Угли бывают редко водоносными. Выработки, заложенные
в пределах угольных пластов обводняются водами, поступающими
из соседних пластов песчаников или известняков,' водой,
приходящей из более отдаленных слоев через секущие пласты трещины,
в особенности через сбросы. Очистные выработки обводняются
через систему трещин, создающуюся в зоне обрушения. При
достаточном развитии последней создается гидравлическая связь глубп
ких выработок со всеми водоносными горизонтами кровли вплоть
до грунтовых вод, а через последние с поверхностными водами.
Воды рек и других поверхностных водоемов в случае наличия
соответствующих путей для их проникновения в горные
выработки являются наиболее крупным источником обводнения. Путями
проникновения поверхностных вод в подземные выработки, могут
быть водопроницаемые песчаные или трещиноватые породы при
отсутствии сплошных изолирующих глинистых слоев,
тектонические трещины в плотных породах, карстовые ходы и, наконец,
трещины обрушения над очистными выработками.
Помимо природных подземных и поверхностных вод опасным
источником обводнения горных выработок, находящихся в
процессе проходки, могут быть соседние старые заброшенные выработки,
которые после прекращения водоотлива из них обычно бывают
затопленными водой.
При неосторожном сближении с ними забоя новой выработки
в последнюю может хлынуть большая масса воды, способная
привести к катастрофическому затоплению.
Характер и размеры обводнения горных выработок могут
видоизменяться в широких пределах в зависимости от водообильности
горных пород, от рода источников обводнения и
гидрогеологических условий местности в целом. Д. И. Щеголев, классифицируя
месторождения по степени обводненности, подразделяет их на
три больших группы.
267

1. «Месторождения, в геологическом разрезе которых'1
Преобладают рыхлые, нецементированные осадочные породы,» т. е.
песчаные, песчано-галечниковые и песчано-глинистые породы. Сюда
•относятся месторождения бурых углей (Подмосковный бассейн),
марганца, фосфоритов, огнеупорных глин, некоторые
месторождения железных руд, россыпные месторождения золота, олова,
вольфрама и т. п. Эти месторождения в виду высокой водообиль-
ности песчанных пород отличаются значительными запасами воды
и характеризуются сравнительно высокой водообильностью с
притоком в отдельные шахты порядка 100—200 м3/час.
2. «Месторождения, в геологическом разрезе которых
преобладают плотносцементированные (скальные) породы. К этому
типу относятся жильные месторождения цветных металлов и
редких элементов, большинство железорудных месторождений
(Кривой Рог), каменноуюльные месторождения и др-»
Водообильность этой группы месторождений зависит от
степени трещиноватоети и тектонической раздробленности пород; ббыч-
но она относительно небольшая и характеризуется величиной во-
допритока в отдельные рудники порядка нескольких десятков
кубометров в час за исключением случаев, когда в обводнении
выработок участвуют воды рек и поверхностных водоемов, связанные
с выработками тектоническими трещинами или трещинами
обрушения, которые могут дать очень большие притоки воды в
подземные выработки.
3. «Месторождения, в геологическом разрезе которых
занимают значительное место карстующиеся породы» (известняки,
доломиты, гипсы и ангидриты). К данной группе относится довольно
много месторождений различных полезных ископаемых, в
геологическом строении которых участвуют закарстованные известняки
и доломиты: например, некоторые каменноугольные месторождения
(Кизеловское), железорудные (Ананьевское), бокситовые
месторождения (Красная Шапочка), месторождения горючих сланцев
(Гдовское). Месторождения, связанные с закарстованными
известняками, отличаются наиболее высокой обводненностью; приток
воды в отдельные шахты достигает 1000 мУчас и более.
Приведенное подразделение на группы, конечно, не исчерпывает всею
разнообразия случаев обводненности и охватывает лишь наиболее
распространенные из них. Например, в особую группу следует
выделить месторождения каменной соли, которые хотя и включены
Д. И. Щеголевым в третью группу, однако занимают особое
место. Эти месторождения способны легко выщелачиваться, однако
они обычно покрываются довольно мощными глинистыми
толщами, без которых соляные месторождения вообще не могли бы
существовать. Другой особенностью самой каменной соли
является ее пластичность, благодаря которой возникающие в толще
соли трещины сейчас же ликвидируются. Поэтому соляные
рудники отличаются полным отсутствием воды. Если же в толще
каменной соли развивается интенсивная циркуляция воды, не
насыщенной солью, то такое месторождение должно быстро исчезнуть.
26В

В практике отмечаются случаи гибели соляных рудников от про-,
рыва вод.
В каждой из перечисленных выше групп месторождений
особое место в отношении режима водопритока и общей водообиль-
ности занимают месторождения, связанные с поверхностными
водами, как наиболее сильно обводненные.
Для количественной характеристики величин водообильности
месторождений приведем некоторые примеры величины водопри-
токов в шахты по некоторым важнейшим месторождениям
(табл. 27).
Для более полной оценки степени обводненности
месторождений и количества воды, поступающей в шахты или рудники,
необходимо знать не только среднюю величину притока воды или
водоотлива, но также и режим водопритока, т. е. его изменения
в процессе развития горных выработок, а также в процессе эксг
плоатации-
В процессе проходки горных выработок, как правило, величина
водопритока возрастает, что обусловливается, с одной стороны,
увеличением понижения уровня воды, соответствующего глубине
выработки, а с другой — площадью или протяжением выработок.
Кроме того, важным фактором режима водопритока являются
характер водоносности вновь вскрываемых толщ пород и общее
изменение водоносности горных пород на глубине.
При вскрытии месторождения в первую стадию эксплоатации
происходит осушение горных пород в пределах депрессионной
воронки, и количество поступающей в выработки воды в значи^
тельной мере зависит от сработки статических запасов подземных
вод. О течением времени по мере приближения к предельному
развитию депрессионной воронки приток подземных вод будет
зависеть главным образом от поступления воды из области
питания. Если область питания имеет ограниченную величину, то при
развитии объема выработок дальнейшего увеличения притока воды
может не быть, или же во всяком случае при некотором
увеличении общего притока воды с течением времени приток воды на
единицу объема выработок и на единицу добычи полезного
ископаемого будет уменьшаться.
Д. И. Щеголев отмечает даже возможность уменьшения
общего притока воды в выработки с течением времени, что может
получиться в результате истощения статических запасов подземных
вод и ограниченного «динамического притока» (ограниченного
пополнения запасов за счет питания)-
Нередки, однако, случаи, когда приток воды с углублением
выработок и увеличением их объема неуклонно возрастает. Это
зависит обычно от увеличения питания подземных вод в пределах
депрессионной воронки за счет привлечения поверхностных вод или
вод других мощных водоносных горизонтов, с которыми в процессе
развития разработок устанавливается гидравлическая связь.
Кроме рассмотренных выше постепенных, более или менее
равномерных изменений водопритока в процессе проходки и экс-
269

x
о
3
?<
(0
о
u
X
* о «
= M *
о о =
д i- Я
d a*
\o с >-•
О О «
u 4 f>
а
О
нчігидооЯон
інэигіифео>{
ю
г о
2 х
о. а*
г- eg
3^
X О
CJ СО
аг О
и о.
* 5
*8
J Л
X
О.
О
С* ™
§*«
« га
t-
о
х о
а.
с
* з
X о
>, X
а. >л
U
X
О)
X
о ел о
2
ef
О
_ 2 «
о а х
И) Н J
о g о.
со
СО
см* о"

CO ^а
Я >, к
х и s
=е о w
2 3 «
°*х §
?«*
sis.
8|S
о2°
нчігидооігоя
хнэипифбо>|
га
га а
х о .,
х н ~
6Г X «
X Dl-?L
Ч Ctn
4)0^
^ О
в
<и
О <"
5 «
га я)
«а
ч я 5
о х
С ьй S
* <-> о
3 ® сх
g X И
О. о и
а о
X и
СХ
О
Е_
" * я
х о 2
я о _
га и
<и
S
ft.
в
ос
я
ю
о
a
«
•та
м
6
га
х
о
о
о.
га
х
«
X
(-
CJ
К
X
X
га
ю
О
U
сх
га
ьа
га
ГО
й
га с я
з- . s
"И
g-s-
VU те
га
х
га
ю
о
о
ota
со у
5 ** о
О X Л
в сх§
«з s
J3 О
о.о> сч
Л « и
п а и
р2 х о
С ас с(
I
О
X
Тй
¦^
Н га
О Ef
? °
сх^4
С «
о а
~ га оГ"
-і ^ *
х ° "
4 й ^
и га s
^ и
X в о
0J *
X
X
Я ад
X «
X
QJ ч
СХ\о
н
га
а. х
х я- §
о га
I П
сх
и" о
U и
и
сх
о
с схя
га
со
<и
о
X
в*
О
И
О
О
з:
х
Я Я
о
о
о
о
га
сх
>ч
X
га
х
о
ш
а
X
К
X
U
л
т
X
и
X
я
га
ш
о
н
и
сх
га
га
СО
X
к
я
И
и
<и
п
«
X
и
X
и
аХ
X
СХ
>-»
ч
X
и
X
*
X
DC
* і
О г>
В t(
? ° —
S схС4
Я о
и ^
4j *8 га
О ^*
id 4> К
и л я
« а 3
•* к
«о«
2 и х
>о га ±х:
і=:
га
н
X
X
а га
х « -
¦6 га ^
сх^ 2
сч
OS
О
о я
V
га
S3
2Я
* 2
я к
и
-о
X Р-,
га ч
-X и
X
X
¦е х
о S
о »=:
*м
о Е
» s
а о
5й
2
t
о
г*
3
3*
«а
вэ
t?
а
а;
о
&
2
х
я
и
4)
X
и
»х
X
сх
X
X
X
я
и
V
Й
«
X
о х
х а _
в еС S
- ехх
03 J3
х S
3 ffl м
^ о га
о ма.
сх к
о х <и
н Я" я
U 'О
1» О і
и
S
«
и
«е
я
сх
>*
ч
X-
и
*
о
сх
О л
мест
овог
V М
О X
и а
и я
я ч
X С
сх«
*» ?
* *н
га
н
га
с
a

плоатации, в некоторых случаях наблюдается резкое возрастание-
притоков, принимающее иногда характер прорывов вод,
приводящих к затоплению выработок. Такие прорывы происходят,
например, при проходке закарстованных массивов известняков, при
пересечении трещинных зон (сбросов, сдвигов), при обрушении*
кровли, при сближении с «апорными водоносными горизонтами
в постели выработок или при неожиданном вскрытии соседних
старых затопленных выработок.
Примером ограниченного возрастания водопритока с глубиной
мы находим в ряде шахт Донбасса. Большинство последних
обладает средней водообильностью. По данным Д. И. Щеголева,
откачка воды из главной массы шахт (шахта № 321), из которых.
получилось около 80% всей добычи угля, давала в 1940 г.
8,3 мЧсек (28770 мЧчас). Разделив этот общий расход воды на
число шахт, получим средний водоотлив из одной шахты 27 л/сек
(около 93 м3/час).
Для характеристики обводненности месторождения Д. И. Ще-
голев дает подсчет притока воды с единицы площади горных
выработок (шахтных полей); общая площадь последних на 1940 г.
составила 642 кв. км; с 1 кв. км вскрытой площади
месторождения получилось в 1940 г. 12,92 л/сек., что характеризует шахтные
поля Донбасса как относительно невысоко обводненные.
Наблюдения за режимом грунтовых вод в окружающей шахты
местности показывают, что влияние водоотлива из шахты
распространяется на площадь, приблизительно в десять раз большую
площади самого шахтного поля, что Определяет подземный сток
в шахтные выработки приблизительно в 1,5 я/сек с 1 /се. км;
последняя величина близка к естественному модулю подземного
стока, определенного для каменноугольных пород Донбасса на
основании изучения режима источников, о чем сведения
приведены были в главе VI.
Сопоставляя общий водоотлив из шахт с количеством
добываемого полезного ископаемого, получим средний коэфициент
водообильности для Донбасса 2,8 который по отдельным шахтам
колебался в 1940 г. в пределах от 1,4 до 5,1.
Для характеристики водообильности шахтных участков служит
также приток воды на единицу площади или объема
выработанного пространства или единицу длины действующего забоя.
Приведем данные по вычислению последней величины для
некоторых шахт Донбасса (табл. 28).
В дальнейшем мы увидим, что приток воды на единицу
выработок, погонную, квадратную или объемную, для одной и той же
шахты изменяется иногда довольно закономерно, постепенно
убывая с увеличением размера и количества выработок.
Наблюдение за величиной притока воды по ряду шахт
Донбасса показывает, что статические запасы вод в водоносных
горизонтах карбона невелики и водоприток складывается главным
образом из той воды, которая поступает в месторождение за счет
фильтрующихся атмосферных или поверхностных вод. При этом.
272

ограниченность статических запасов подземных вод обусловливает
довольно быстрое затухание водопритоков при прорывах вод.
Последние обычно происходят в Донбассе при вскрытии водоносных
горизонтов, приуроченных к известнякам или к песчаникам при
пересечении выработок с зонами тектонических трещин.
Таблица 28
Величина притока воды в шахты Донбасса
в зависимости от длины забоя
Наименование
шахты
1—3 Кочегарка
5 им. Ленина
им. Ильича
им. Челюскинцев
им. Карла Маркса
Петр
Наименование
треста
Артемоуголь
Я
Сергоуголь
Сталинуголь
Орджоникидзеуголь
Первомайуголъ
Длина
забоя
м \
3941,5
1929,4
2145
1722
2090
645
Приток на
единицу
длины
забоя
19.55
35,6
107,41
204,87
84,4
101,8
Коэфициент
водообиль-
ности
0,9
1,1
4,0
4,4
2,9
3,4
В начале прорывов притоки воды измеряются сотнями куб.
метров в час, а через несколько десятков дней — всего лишь
немногими десятками куб. метров, а часто прекращается совсем.
Водоносность пород Донбасса заметно уменьшается с глубиной.
Особенно отчетливо это уменьшение обнаруживается при глубине
выработок более 500 м.
Сопоставление данных о коэфициентах водообильности и
притока вод для шахт показывает, что глубокие шахты имеют в
среднем меньший коэфициент водообильности, чем более мелкие
шахты (табл. 29).
Таблица 29
Величина притока в шахты Донбасса в зависимости от глубины ствола
Наименование
шахты
Пролетарка
1—2
3—3—бис
Карла Маркса
Им. Сталина
Комсомолец
Кочегарка
Наименование
треста
Куйбышевуголь
Лисичанскуголь
Кировуголь
Орджоникидзеуголь
Сергоуголь
Артемуголь
а
Глубина
ствола
шахты,
м
188
198
339
500
666
620
710
Коэфициент

водообильности
5,6
6,3
2,5
3,1
3,0
1,1
0,9
Суммарный
приток
м/час
50
130
120
245
150
90
105
Наибольшая обводненность шахт Донбасса приурочена к
золам тектонических трещин и к местам, где в обводнении шахтных
выработок принимают участие воды рек поверхностных водоемов.
Крупные водопритоки, иногда катастрофические происходили за
«чет прорывов вод из старых, затопленных выработок.
18 Каменский
273

§ 63. Обводнение горных выработок при участии
поверхностных вод
В случае участия поверхностных вод в обводнении горных
выработок обычно наблюдается неуклонное нарастание водопритока,
почти пропорциональное глубине выработок. При этом породы,
слагающие месторождение и его кровлю, играют роль
проводящей среды, а заключенные в них запасы подземных вод имеют
меньшее значение.
Пример активного участия грунтовых и поверхностных вод
в обводнении глубоких рудников представляет собой Риддерское
полиметаллическое месторождение на Алтае (рис. 66).
ЯЗ' —г з ?3« ЕДз ??3б т? JZliJ 9 ? V v so лр у»
Рис. 66. Риддерский рудник. Схематический j
гидрогеологический профиль.
1—зона трещин обрушения; 2—первоначальный уровень грунтовых вод в
долине р. Филипповки; J—уровень грунтовых вод в долине р. Филипповки в 1938 г.,
пониженный под влиянием горных выработок; 4—четвертичные отложения; 5—воронки
проседания над зоной обрушения горных выработок; б~—окисленные руды;
7—сплошные сульфиды; 5—горные выработки.
Риддерский рудник располагается в северо-восточном углу
межгорной котловины, выполненной толщей четвертичных рыхлых
отложений мощностью до 100 му представленных ледниковыми,
флювиогляциальными (пески), древнеаллювиальными, пролюви-
альными (галечники, пески) и современными аллювиальными
и делювиальными образованиями (пески, суглинки). В Риддер-
ской котловине протекает ряд рек и речек: Филипповка, Быструха,
Громотуха и др., которые вместе с грунтовыми водами,
насыщающими указанные выше четвертичные отложения, обусловливают
высокую водообильность Риддерской котловины в целом и
обводненность рудников. Ложе котловины и ее склоны сложены
плотными асадочными метаморфическими и изверженными породами
нижнего палеозоя. Риддерский рудник находится на склоне
Риддерской сопки, на северо-восточной окраине котловины.
Рудная залежь здесь представлена содержащими сульфидные
руды кварцевыми жилами, проходящими в толще роговиков, гли-
274

иистых сланцев, серицитизированных туфов. Рудные жилы падают
на восток и северо-восток под углом 50—70°.
Разработка ведется с обрушением кровли, в результате чего
создается над выработками воронка проседания и трещинная
зона, охватившая подножье склона Риддерской сопки и участок
долины р. Филиппов™. Трещины обрушения вместе с
тектоническими трещинами, разбивающими месторождения, образуют си-
•стему водопроводящих каналов, по которым в выработки
поступает грунтовая вода из аллювиальных отложений долины р. Фи-
-липповки. Грунтовые же воды, как показывают наблюдения за
кривой депрессии, получают питание из реки, на что указывает
уклон зеркала грунтовых вод, направленный от реки к руднику
вследствие поглощения здесь грунтовых вод трещинной зоной
в кровле рудника и создавшемуся благодаря этому понижению
грунтовых вод.
Приток воды в рудник достиг в 1938 г. 650 мЧчссс. При этом
наблюдения за ряд предыдущих лет эксплоатации показали, что
водоприток с течением времени по мере углубления горных
выработок неуклонно возрастает примерно пропорционально глубине
рудника. Первоначально при разработке верхних горизонтов
месторождения приток воды в выработки Риддерского рудника,
формирующийся за счет дренирования главным образом верхней
выветрившейся трещиноватой толщи пород, составлял 60 м3/час
(1915 г.). В 1916 г. во время работ по выемке руды на 6-м
горизонте при глубине 60 м произошел ряд обрушений, которыми был
нарушен висячий бок месторождения и создана система трещин,
послужившая путями проникновения в выработки больших
количеств воды из мощной водоносной толщи рыхлых четвертичных
отложений Риддерской котловины. Произошедшее при этом
внезапное увеличение притока воды привело к затоплению рудника.
После этого прорыва стационарный приток воды повысился до
160 мЧчас. В период 1918—1925 гг. рудник находился в состоянии
консервации и был затоплен. С 1928 г. началась разработка
месторождения и рост глубины рудника, сопровождающийся
значительным нарастанием притока воды, что видно из таблицы величин
водопритоков, соответствующих вскрытию последовательных
горизонтов разработок (табл. 30).
Таблица 30
Приток воды в Риддерский рудник за период 1928—1938 гг.
Год
1928
1933
1938

Разрабатываемый
горизонт
6
8
9
Глубина
м
45
82
112
Приток
воды
в рудник
160
420
650
Понижение
уровня
грунтовых вод над
зоной
обрушения
3
10
17
Проседание
поверхности
в центре зоны
обрушения
м
0,2—0,3
до 8,0
18*
275

Построив на основании этих данных график, видим, что приток,
возрастает с глубиной по закону прямой линии (рис. 67)- Если
продолжить эту линию дальше, то интерполяцией получим
возможный приток для 10-го горизонта на глубине 142 м—880 м5/час\
для 11 -го горизонта на глубине 180 м— 1140 м3/час. Основной
причиной такого нарастания притока является развитие зоны
обрушения, которое отмечено проседанием поверхности до 8 м. Соз-
о
20
40
60
80
wo
120
?0
160
180
м
1
1
1
Си
M3A'GC
~1Ш^-160м3/час
±Шм3/час-
650м3/час
^
\
\
\
¦^ч"
N
*ч
\
V
Рис. 67. График притока воды в Риддерский рудник
на различных горизонтах.
давшаяся при этом зона трещин распространилась в пределы
долины р. Филипповки, и река через посредство грунтовых вод
долины стала мощным источником обводнения рудника. Понижение
грунтовых вод рудником отчетливо подмечено наблюдениями за
уровнем вод, на основании которых установлена депрессионная
воронка грунтовых вод с центром на участке зоны обрушения.
Понижение уровня грунтовых вод в центре депрессии
увеличивалось вместе с нарастанием притока. Кривая депрессии грунтовых
вод приобрела уклон, направленный от реки к руднику.
Приведем другой пример интенсивного обводнения
месторождений при участии поверхностных вод — это группа северо-ураль-
ских бокситовых месторождений, в том числе месторождение
«Красная Шапочка». Главное рудное поле этого месторождения
оказалось в тяжелых гидрогеологических условиях, создающихся
развитием карста, обводняемого не только атмосферными водами,
но и реками.
Стратиграфическая схема месторождения представлена
следующей последовательностью пород, начиная сверху:
276

1. Известняк мощностью несколько сот метров,
Da J 2. Пачка мергелей и глин мощностью 2—2,5 ял
3. Пласт боксита мощностью 24 м,
4. Известняки верхнего силура мощностью несколько сот
метров.
Палеозойские породы перекрыты непостоянным покровом
четвертичных отложений, представленных флювиогляциальными
глинистыми породами, песчано-гравелистым аллювием и
делювиальными покровными суглинками, супесями и бурыми глинами
{рис. 68).
Шахта W
195,20
і
Скй. Б?
193,28
Ск6.67а
Е3> ЕЗ* Е№
ES*
Рис. 68. Геологический разрез участка шахты № 1 бокситового
месторождения «Красная шапочка».
J—первоначальный уровень подземных вод; 2—уровень подземных вод, пониженный горными вырі
ботками; 3—известняки силура (лежачий бок залежи); 4—пласт бокситов; 5— известняки девона
(висячий бок залежи); 6-горные выработки.
Слои карбонатных палеозойских пород вместе с пластом
бокситов круто наклонены под углом 40° на восток. Бокситы
приурочены к западному крылу крупной синклинали, вследствие чего
выходы коренных пород образуют меридиональную полосу шириной
несколько километров, окаймленную с запада и востока мало
проницаемыми туфогенными породами. Известняки силура и
девона разбиты тектоническими трещинами, сбросами и сдвигами и
в сильной степени закарстованы. Толщи известняков до уровня
рек района насыщены подземной водой, находящейся в тесной
гидравлической связи с реками. При этом некоторые небольшие
реки, текущие выше зеркала грунтовых вод, поглощаются
карстом, являясь одним из источников питания подземных вод.
Другие реки, текущие в более глубоко врезанных в известняки
руслах, дренируют грунтовые карстовые воды. Одной из
поглощаемых карстом рек является р. Сарайная с меженним расходом
150 л/сек, воды которой целиком уходят в карстовые воронки
близ главного рудного поля месторождения и обводняют подзем-
277

ные выработки шахты № 1. Другая более крупная река — Вагран,
протекающая у южного края главного рудного поля в 250 м от
крайних выработок, в первые годы эксплоатации дренировала
грунтовые воды главного рудного поля. Однако по мере углубления
выработок и снижения грунтовых вод соотношение между
грунтовыми водами и рекой изменялось: в 1944 г. источники на р. Ваг-
ран исчезли, уровень грунтовых вод у берега реки снизился при*
близительно на метр ниже уровня реки и в русле последней
появились участки (воронки) поглощения речной воды в трещины
известняков.
Приток воды в шахты главного рудного поля достиг к концу
1944 г. почти 3 000 м3/час при глубине забоя шахт ниже 40 м,
считая от естественного уровня грунтовых вод. В настоящее время1
новые шахты закладываются на северных участках
месторождения, более удаленных от р. Вагран, где приток воды в горные
выработки должен быть меньше, так как на этих участках рек
поблизости нет. Величина водопритока данного водораздельного
участка будет определяться атмосферными осадками, выпадающими в
пределах полосы закарстованных известняков, и относительно
небольшим количеством вод поверхностного стока, стекающих с
прилегающих участков, сложенных непроницаемыми туфогенными
породами.
Борьба с подземными водами на месторождении Красная
Шапочка составляет для рудника крупную техническую проблему,
поглощая значительные средства и серьезно осложняя разработку
бокситовой залежи. На месторождении большое внимание
уделяется гидрогеологии района, наблюдению над режимом подземных
вод и над общим водным режимом района.
На примере Красной Шапочки мы убеждаемся, насколько
важно для рудничной гидрогеологии изучение не только подземных
вод, но и режима рек, поверхностного стока и водного баланса
района в целом.
§ 64. Прорывы плывунов в горные выработки
При разработке месторождений, содержащих в кровле или в
подошве залежей полезного ископаемого толщи песчаных и пес-
чано-глинистых насыщенных водой пород, приходится иметь дело
с плывунами, создающими крупные осложнения в горных работах
как при проходке стволов шахт, так и при очистных работах. При
проходке стволов шахт плывуны образуют толщи неустойчивых
грунтов, в которых проходка крайне осложняется и требует
особых мероприятий, особых способов глубинных горных работ.
В процессе эксплоатации месторождения горные работы
нарушаются прорывами плывунов, причиняющими крупный ущерб
разработкам, а иногда влекущими за собой катастрофы.
Плывуны наиболее часто встречаются в буроугольных
месторождениях; у нас в СССР они известны в Подмосковном
бассейне, где в толще угленосных отложений имеется много слоев мелко-
278

зернистых и глинистых песков, которые будучи насыщены
водой, при вскрытии их горными выработками под влиянием тока
напорных вод превращаются в подвижные массы плывунов,
вытекающих вместе с водой в горные выработки.
Неустойчивость и непостоянство глинистых пород в кровле и
постели угольных пластов и обилие водонапорных горизонтов в
месторождениях Подмосковного бассейна, часто приводит к
прорывам подземных вод и плывунов в выработки (см. геологические
разрезы на рис. 69).
ч— 250 -А* 350 4- 300 —4-—300 *j
Е2' Ш* Шз Ш' ЕЭ' Ш* Ш'
Рис. 69. Геологический разрез через поле шахты № 30
(Сталиногорско- Донской район).
1—суглинки: 2—глины; 3—глины песчаные; 4—пески; 5—известняки;
6—рыхлый уголь; 7—уголь.
Источниками обводнения шахт в южном крыле Подмосковного
бассейна являются главным образом водоносные горизонты,
залегающие над угленосной толщей. Начиная снизу мы имеем здесь
следующие водоносные горизонты: 1) залегающие непосредственно
над угленосными отложениями водоносные слои тульской толши,
представленные песками, песчаниками и известняками; 2)
вышележащие водоносные известняки алексинской толщи; 3) водоносные
горизонты в известняках серпуховского горизонта; 4) грунтовые
воды в мезозойских и четвертичных песчаных отложениях.
Крупным источником обводнения в некоторых случаях
являются напорные воды упинских известняков, залегающих под
угленосными слоями и отделенных от рабочих пластов непостоянным
слоем глин. Напор вод уп-инского горизонта иногда достигает 30 м
над уровнем подошвы горных выработок и в некоторых случаях
является причиной прорыва вод снизу.
Д. Д. Беляев [81 в отношении шахтных вод Подмосковного
бассейна приводит ряд конкретных данных, характеризующих во-
279

дообильность угольных месторождений бассейна и вредные
последствия обводнения выработок. При проходке стволов некоторых
шахт отдельные водоносные горизонты давали притоки воды
более 200 м?/час. Некоторые действующие шахты дают в течение
длительного времени эксплоатации большое количество воды;
например, из шахты № 7 в Щекинском районе в продолжении 8 лет
откачивается 225 — 250 м3/час, что на тонну добычи угля
составляет 15 — 20 м* воды.
«Подземные воды при слабой изоляции в кровле в почве
угольного пласта, — пишет Д. Д. Беляев, — проникают в выработки в
виде так называемого капежа из кровли, местами имеющего вид
сильного дождя; воды сочатся из трещин угля по стенкам штрека,
а иногда бьют струями, выступают из почвы штрека также иногда
в виде сильных струй».
«Наибольший вред приносят шахтам резкие прорывы
подземных вод в выработки. При некоторых прорывах приток воды
достигает 200 — 300 м3/час, песком заносятся большие участки шахт,,
при этом гибнет оборудование, пропадает уголь и затраченный на
его нарезку труд. Достаточно привести, например, шахту № 9>
Щекинского района* где прорывом было залесено более 6 000 пог*ж
30 ^
СП' ?* EZ3-7 ИШИ«
si
Рис. 70. Геологический разрез буроугольного рудника
в Брюксе, (северная Чехия).
/—ледниковые отложения; 2— песок-плынун; 3—песок; 4—суглинок;
5—уголь; 6—пути прорыва плывуна
штреков. Почти каждая шахта в бассейне имеет большее или
меньшее количество участков, списанных из-за прорывов плывунов».
Борьба с шахтными водами и плывунами в Подмосковном
бассейне привела к целой системе технических мероприятий, о
которых скажем несколько позднее.
Для иллюстрации значения плывунов в разработке буроуголь-
ных месторождений приведем случай, катастрофы, произшедшей в
буроугольном руднике в Брюксе (Чехия) в 1895 г, Кейльгак
описывает эту катастрофу так. Разрабатываемый в указанном руднике
Брюкса мощный угольный пласт перекрыт слоем суглинков, среда
которых залегают линзы песков плывуноз (рис, 70). В месте ваз-
.280

работки угленосная холща рассечена сбросом, за которым линзы ж
слои песков-плывунов залегают, постепенно поднимаясь в
северном направлении и приближаясь к поверхности. При проходке
вспомогательной шахты «Анна» около этого сброса по сбросовой
трещине произошел прорыв плывуна в глубокую выработку,
находящуюся в непосредственной близости от сброса. В течение двух
дней эта выработка была заполнена массой плывуна объемом
90 000 лЛ ОднЪвременно произошло обрушение пород, залегавших
над плывунами, распространившееся постепенно на всю подземную
область, занятую пришедшими в движение плывунами.
Непосредственно га этим процессом последовали многочисленные
проседания поверхности в пределах города. Образовались удлиненные
провальные воронки и сбросовые трещины опускания отдельных
блоков, разбитые глубокими трещинами. В результате этих
смещений в городе произошло разрушение большого числа домов и в
числе их вокзала с частью железной дороги. Катастрофа
произошла настолько быстро, что население не могло принять никаких
мер по охране домов и имущества.
§ 65. Горные работы в условиях вечной мерзлоты
Много рудников находится в зоне вечной мерзлоты, например,
рудники на крайнем севере в Восточной Сибири. Вечная мерзлота
при проходке шахт и других глубоких горных выработок, по ука-
. занию М. И. Сумгина, играет двоякую тюль: с одной стороны, она
затрудняет ведение горных работ, с другой — нередко, наоборот,
облегчает их. Отрицательная роль мерзлоты сказывается, когда
мерзлые породы трещиноваты и содержат прослойки и включения
льда. В таких случаях несмотря на видимую прочность мерзлых
пород, возможны вследствие пластичности льда деформации,
сдвиги и оседания, что может привести иногда к катастрофе.
Затруднения возникают при бетонировании шахт в мерзлых
породах, так как бетон при отрицательных температурах не
«схватывается». Положительной стороной мерзлых пород является
возможность проходки в них горных выработок без крепления или же
лишь с облегченной крепью. Некоторые угольные шахты на
Чукотке, на острове Шпицбергене разрабатываются благодаря вечной
мерзлоте без крепления.
В мелких шахтах и шурфах слои талых водоносных грунтов
промораживаются и проходятся как мерзлые. Таким способом
проходятся иногда с успехом плывуны. Вечная мерзлота в
последних случаях является естественным изолятором от грунтовых вод.
Д. И. Щеголев отмечает безводность или очень малую
обводненность рудных месторождений в зоне вечной мерзлоты (приток
воды 2 — 5 м3/час), приводя в качестве примера вольфрамовые и
молибденовые месторождения восточного Забайкалья (Белуха, Буку-
ка, Зун-Ундур, Чикой). Однако здесь должены быть учтены
исключения, создающиеся в условиях высокоминерализованных
подземных вод приморских и других месторождений, подмеченные
281

В. М. Пономаревым [85, 86]. Последний, изучая рудники Амдермы,,
обнаружил в толще вечной мерзлоты соленую воду, имеющую
отрицательную температуру до — 5°С. Вечная мерзлота в Амдерме
прослежена бурением до глубины 215 м, где температура еще
держится довольно низкая —4,8°С Предположительно, по
геотермическому градиенту, в Амдерме мощность вечной мерзлоты
определяется величиной порядка 400 м.
Коренные породы Амдермы представлены силурийскими
известняками и силурийскими сланцами. К известнякам приурочено
разрабатываемое там месторождение плавикового шпата.
Четвертичные отложения представлены песчано-глинистыми породами и
песками (ледниковые отложения, послеледниковые отложения боре-
альнсй трансгрессии, аллювиальные отложения). Вода была
встречена в прослоях песков и гравия и в трещинах коренных пород.
По химическому составу она оказалась очень сходной с морской
водой, но обладает более высокой концентрацией (таблицы 31
и 32).
Таблица 31
Анализы воды из скважин района Амдермы в сопоставлении с водой
Карского моря
•Nfe выработки
Карское поре
Скв. № 1
Скв. № 2
Скв. № 3
Глубина
взятия
пробы
м
і
8,20
7,35
32,3
34 3
Дата
27/Х
6/VIII
2/VIII
3/IX
Анализы воды г\л
С1
19,980
47,646
53,098
1,84
so4
2,778
4,234
4,403
СаО
0,552
1,544
1,660
0,036
MgO
2,103
5,544
6,236
0,058
Сухой
остаток
39,658
87,400
97,440

Температура
воды
ЙС
+5
—4
—5,5
—4,5
<лед)
Таблица 32
Сопоставление химического состава вод Карского моря
и рудника в Амдерме
Место взятия
пробы
Карское море
Рудник (гезенк
№ 1)
Глубина
взятия
образца
*
Дата
27/Х-1935
14/ХИ-1935
9/1—1936
Сухой

остаток
39,658
25,965
83,772
С1
19,980
15,530
46,600
S04 ' Na20
2,778
1,578
3,939
12,900
33,564
КаО
0,416
1,020
СаО
0,565
0,449
1,951
MgO
2,103
1,567
4,845
По мнению В. М. Пономарева вода проникает из Карского
моря, причем связь с морем подтверждается одинаковой высотой
282

подземных вод и моря. При инфильтрации морской воды в слои
мерзлоты с низкими отрицательными температурами происходит
частичное «вымерзание» воды; часть воды переходит в лед, и
раствор становится более концентрированным. Приток воды в горные
выработки и скважины рудника Амдермы незначительный ввиду
относительно большого расстояния до берега моря. В. М.
Пономарев описывает случай обводнения рудника в зоне вечной
мерзлоты, на п-ве Раздольном в бухте Варнека (о. Вайгач), где
произошел катастрофический прорыв сильно минерализованной воды,
затопившей рудник в 1937 г. На руднике Раздельном велась
добыча свинцово-цинковой руды из жилы № 4. К моменту первого
появления в руднике воды рудник имел глубину до 100 м. Приток
воды, постепенно возрастая, достиг 150 мУчас.
Первоначально рудничная вода имела минерализацию
значительно выше, чем морская вода, затем по мере увеличения притока
воды минерализация ее уменьшалась, а температура
повышалась, приближаясь к минерализации и температуре морской воды
(табл.. 33).
Таблица 33
Химические анализы рудничной и морской воды
на полуострове Раздельном
Место взятия пробы
Средний состав рудничной
воды из восточного штрека
Морская вода со дна бухты
Варнека с глубины 6,7 м |
Сухой
остаток
61,60
35,90
С1
32,30
18,90
so4
3,25
2,24
СаО
1,58
0,61
MgO
3,40
2,40
На о. Шпицбергене в Баренцбурге соленые напорные воды
встречены под толщей мерзлоты на глубине 60 м*
Приведенные факты показывают, что при наличии
высокоминерализованных подземных вод вечная мерзлота не предохраняет
горные выработки от катастрофических прорывов вод. Особенно
опасные условия обводнения выработок соленой незамерзающей
водой могут создаться на морских побережьях.
§ 66. Химический состав рудничных вод
Химический состав подземных вод, заключенных в
месторождениях полезных ископаемых, как уже отмечалось раньше, может
интересовать с различных точек зрения.
С точки зрения роли подземных вод в формировании руд или в-
их вторичных изменениях, с точки зрения влияния химического
состава вод на производство горных работ и на работы по
водоотливу и, наконец, с точки зрения использования подземных вод как.
источника питьевого и технического водоснабжения. Выше в
главе I было указано, что в учении о рудных месторождениях мы
можем найти интересные для нас сведения (например в разделах
283

учения о гидротермальных, метасоматических, инфильтрационных
я некоторых типах гипергенных месторождений). Надо отметить,
что фактические данные об этих рудных водах в отношении их
состава почти отсутствуют.
Конкретные данные о химическом составе вод, с которыми нам
приходится встречаться в вопросах рудничной гидрогеологии,
показывают, что в большинстве случаев мы имеем дело в
существующих месторождениях с водами, связанными с процессами
выщелачивания и выветривания руд.
Воды различных месторождений полезных ископаемых весьма
разнообразны по своему составу, также разнообразны и
рудничные воды. В кровле месторождений каменной соли мы обычно
наблюдаем высококонцентрированные рассолы хлоридного
состава, являющиеся результатом выщелачивания хлористого натрия и
других солей месторождения.
Например, в кровле Соликамского соляного месторождения
хлоридно-натриевые воды насыщают глинистую толщу кунгура
мощностью в несколько десятков метров, служащую кровлей
соляной залежи. Вверху здесь хлоридные воды сменяются менее
концентрированными сульфатно-хлоридньши и ближе к
поверхности хлоридно-сульфатно-карбонатными и даже совсем пресными
гидрокарбонатными водами.
Очень характерны подземные воды месторождений сульфидных
руд, в верхней зоне которых происходят реакции окисления
сернистых металлов с образованием сернокислых соединений.
Сюда относятся прежде всего реакции, возникающие при
окислении серного колчедана, ведущие к образованию серной кислоты
и сернокислых солей, о чем подробно было изложено еще в
главе I. Укажем здесь также еще реакции окисления других
минералов сульфидных руд.
CuFeS2 + 402 = FeSO, + CuSO,
халькопирит железный медный
купорос купорос
ZnS + 202 = ZnS04.
В результате процессов окисления сульфидных руд образуются
кислые воды с высоким содержанием свободной серной кислоты
и сульфатов тяжелых металлов.
Общая концентрация этих вод достигает десятков граммов на
литр. Концентрация свободных водородных ионов в них 2—4.
Кислые сульфатные воды встречаются также в угольных
месторождениях, в которых пирит обычно всегда присутствует в
рассеянной форме.
Кислые и сульфатные воды в сульфидных месторождениях
играют большую роль в процессах вторичного обогащения руд. В
рудниках кислые рудничные воды привлекают к себе внимание ввиду
их высокой коррозирующей способности и вредного действия на
284

металлы — на насосы, трубы, бетонное крепление горных
выработок, а также на обуиь и одежду рабочих. Для снижения
кислотности рудничных вид приходится иногда принимать меры по
нейтрализации вод. Для этого применяется негашеная известь,
взаимодействие которой с серной кислотой приводит к образованию
сернокислого кальция:
H2S04 + СаО = CaS04 + Н20.
Для защиты железных труб от коррозирующего действия
кислых вод применяются деревянные или свинцовые футеровки;
части насосов, подвергающиеся разрушающему действию кислой
воды, изготовляются из кислотоупорной бронзы, состоящей из
меди и олова, а иногда свинца.
Высокой стойкостью против коррозии обладает нержавеющая
сталь, опыты применения которой для частей центробежных
насосов на одном из Карабашских рудников дали блестящие
результаты.
Во многих месторождениях рудничные воды имеют обычно
состав, связанный с составом окружающих пород. Часто мы имеем
здесь обычные пресные воды. Например, рудничные воды
Березовского золоторудного месторождения на Урале пресные и
используются из некоторых шахт для водоснабжения.
Коренные породы данного месторождения представлены
диабазами и их туфами, пересеченными дайками гранитоидов, в которых
заключены золотоносные кварцевые жилы. Дебит шахт
колеблется от 100—200 мУчас, имея наибольшую величину на участках,
расположенных ближе к р. Шиловке и вообще в пониженных
местах. В этих местах в обводнении шахт принимают участие
грунтовые воды, заключенные в обломочных четвертичных
образованиях, имеющих наибольшую мощность в ложбинах и речных
долинах.
Наряду с этим встречаются и высокоминерализованные воды,
химический состав которых не имеет связи ни с рудами, ни с
окружающими породами. Например, в рудниках Кривого Рога в
железорудных кварцитах и гранитогнейсах рудничные воды соленые
с сухим остатком до 80 г/я. Предполагают, что это погребенные
морские воды, проникшие в трещиноватые породы из третичного
моря.
В глубоких рудниках на различных горизонтах наблюдается
смена различных по минерализации вод, иногда приобретающая
характер сложной вертикальной зональности.
В шахтах Донбасса А. И. Кравцов установил следующую
последовательность гидрохимических зон, начиная сверху:
1. Гидрокарбонатно-кальциевые слабо минерализованные воды,
прослеживающиеся до глубины около 50 м<
2. Воды гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевые, более
высокой минерализации, повышающейся за счет выщелачивания
сульфатов из зоны окисления (в некоторых шахтах наблюдаются
кислые сульфатные воды)-
285

3. Сульфатно-натриевые воды.
4. Воды метановой зоны гидро-карбонатно-натриевые,
образующиеся, по А. И. Кравцову, в результате взаимодействия
сульфатно-натриевых вод с метаном-
5. На глубине свыше 400 — 500 м распространены гидрокарбо-
натно-хлоридно-натриевые воды повышенной минерализации до
3,0 г/л и более.
§ 67. Борьба с рудничными водами
Борьба с рудничными водами, помимо непосредственного
водоотлива из рудника, может проводиться в двух направлениях:
1) предварительного понижения уровня подземных вод и осу- '•
іпения месторождения;
2) изоляции горных выработок от проникновения в них
подземных вод путем устройства водонепроницаемого крепления в ство^
л ах шахт или водонепроницаемых перемычек в других (горизон-я?
тальных) выработках.
В некоторых случаях, когда в обводнении рудника участвуют
поверхностные воды, применяются также мероприятия по отводу
поверхностных вод соответствующими гидротехническими
сооружениями: нагорными водосборными канавами, ограждающими
выработки от вод поверхностного стока, а также водоотводными
каналами, отводящими в сторону речки, являющиеся источником
обводнения выработок.
Метод проходки с изоляцией водоносных пород применяется для
стволов шахт при вскрыше месторождения. В процессе проходки
шахт изоляция от водоносных пород осуществляется в виде
различных специальных способов проходки: цементации,
замораживания, опускной крепи, кессонов. Пройденный ствол шахты
изолируется непроницаемым креплением: бетонным, тюбинговым и т. п.
Герметичность изоляции шахт особенно важна для соляных
рудников, в которые приток воды не может быть допущен ни в
малейшей степени.
После проходки
ствола шахты и устройства
руничного двора с
водоотливными
насосными установками
проходка штреков,
квершлагов и других нарезных
эксплоатапионных
выработок проходится с
обычным рудничным
водоотливом (рис. 71,
72). Однако при
сильной обводненности ме-
Рис. 71. Схема главного и вспомогательного
водоотлива при разработке уклонами.
сторождения и наличии плывунов применяются мероприятия по
осушению водоносных толщ кровли и по снижению напора вод
постели месторождения.
J286

^
j
r
^
Х\\ЧЧЧ\\ЧЧЧЧЧЧ\ЧЧУ
На буроугольных месторождениях, наиболее страдающих- от
водоносности пород кровли и прорыва плывунов, выработана еле-*'
дующая система осушительных и
водопонизительных мероприятий:
1) забивные фильтры,
2) сквозные фильтры,
3) водопонизительные и
разгрузочные скважины или
колодцы.
Техника осушительных и водо- .
понизительных фильтров и сква- а
жин хорошо разработана на шах- *>'
тах Подмосковного угольного ? :•*
бассейна и обстоятельно описана 'tf
в работе С. В. Троянского и *
Д. Д. Беляева [22], из которой -*
мы приводим нижеследующие а
сведения.
Забивной фильтр представляет
собой железную перфорированную трубу небольшого диаметра*^
вставляемую в заранее пробуренную из штрека скважину (рис. 73}.1:
Забивные фильтры могут закладываться в кровлю, в почву, в зг-иі
бой и стенки горизонтальных и вертикальных выработок (рис. 74)Л-
Ё&ЧЧт^
Рис. 72. Схема водоотлива со
спуском воды с вышележащего
горизонта.
I и II—различные горизонты выработок
/
Z
¦1
Рис. 73. Забивные
фильтры.
Рис. 74. Схема забивного
фильтра
Фильтры, закладываемые в кровлю и в стенки выработки,
имеют своим назначением осушение водоносных пластов, лежащих
близко от выработки (не далее нескольких метров). Иногда
фильтры заглубляются в почву, если неглубоко залегает напорный
водоносный горизонт, из которого вода под напором изливается —
фонтанирует в выработку, создавая этим разгрузку напора и
предохраняя от прорыва напорной воды.
287

Забивные фильтры изготовляются из коротких отрезков труб
диаметром 1,0 — 2 дюйма. Несмотря на небольшие размеры
фильтры эти выводят из водоносных пластов значительные количества ;
воды. По наблюдениям на шахте № 7 Подмосковного бассейна в -¦;
1934 г., некоторые фильтры давали за 100 дней около оООО м3.
Начальный дебит отдельных фильтров колеблется в шахтах
Подмосковного бассейна от тысячных долей литра в секунду до
1,5 — 2,0 я/сек. Дебит фильтров, как правило, постепенно падает,
изменяясь во времени по тому же закону, какой установлен для
источников в период расходования запасов грунтовых вод.
Сквозные фильтры применяются для осушения водоносных
пластов кровли, залегающих над выработкой на большой высоте,
недоступной для забивных фильтров. Для устройства сквозного
фильтра с поверхности пробуривается скважина большого
диаметра, нижний конец которой выходит в штрек. В скважину
устанавливается трубчатый фильтр значительно меньшего диаметра, чем
диаметр скважины. Пространство между фильтром и стенками
скважины заполняется*гравием, и затем извлекаются обсадные
трубы скважины. Фильтры применяются разных конструкций, как
и для скважин, извлекающих подземную воду откачкой: сетчатые,,
корзиночные и из перфорированных труб с обсыпкой гравием.
Наиболее приемлем для данной цели фильтр из простой
перфорированной трубы с круглыми отверстиями диаметром 5 мм или с
продолговатыми щелевидными отверстиями с гравийной засыпкой.
Сквозные фильтры широко применяются'за границей для осушения
буроугольных месторождений. В книге Нансена «Практика
планового высушивания буроугольных месторождений» приводятся
указания о многочисленных случаях успешного применения сквозных
фильтров. Приток воды из данного рода фильтров, по данным
Нансена, колеблется в среднем 20 — 30 м3/час и достигает до 180
мУчас.
Водопонизительные скважинььили колодцы применяются для
понижения уровня подземных вод в водоносных пластах кровли и
почвы. В Подмосковном бассейне водопонизительные скважины
или колодцы закладываются часто в почве, когда под пластом
угля залегают напорные воды, угрожающие прорывом в выработки.
Для этого применяются как буровые скважины, так и копаные
колодцы.
Водопонизительные скважины в некоторых случаях
применяются и при проходке стволов шахт, для чего вокруг шахты
закладывается несколько скважин, Нансен [69] описывает успешное
применение этого способа при проходке шахты Матадор
(Германия) через толщу водоносных мелкозернистых песков
мощностью 35 м.
В настоящее1 время с введением в практику водопонижения
усовершенствованных глубоководных мощных насосных агрегатов
данный способ проходки шахт в наиболее трудных случаях в
сильно обводненных породах (карстовые известняки) или в
неустойчивых плывунных песках должен найти широкое применение.
288

§ 68. Гидрогеологические исследования и гидрогеологическая
служба на рудниках
Рассмотренные выше мероприятия по борьбе с рудничными
водами могут успешно проводиться в жизнь лишь при всестороннем
знании гидрогеологических условий месторождения: водоносности
всех горных пород, принимающих участие в геологическом
строении месторождения, производительности водоносных пластов,
условий питания и режима подземных вод.
Для выяснения гидрогеологических условий мест заложения
новых рудников требуется проведение комплекса гидрогеологических
работ, начиная с гидрогеологической съемки поверхности и кончая
производством гидрогеологических разведочных и опытных работ
Гидрогеологическое изучение месторождения должно
проводиться, как и в других областях поисково-разведочного дела и
гидрогеологии, с соблюдением принципов последовательности стадий
изучения и этапов проектирования шахт.
Изучение гидрогеологии месторождения может и должно
начинаться еще в процессе первоначальных геологических разведок
месторождения, имеющих своей целью выявление запасов
полезного ископаемого и общую оценку месторождения. На этой стадии
еще каких-либо специальных гидрогеологических исследований
не проводится, однако в процессе геолого-разведочных работ
может быть получено много ценных сведений о подземных водах
месторождения путем, например, регистрации выходов источников и
постановки минимальных гидрогеологических наблюдений в
процессе разведочного бурения и проходки разведочных горных
выработок. Получаемые в результате этих наблюдений и без участия
гидрогеолога данные при достаточно внимательном отношении к
делу могут дать материал, достаточный для первоначальной
гидрогеологической оценки месторождения.
Такая первоначальная оценка уже в стадии предварительных
разведок имеет существенное значение, так как
гидрогеологические условия должны быть учтены при развертывании детальных
разведок, и при выборе участков для эксплоатационных разведок
первой очереди. Однако до сих пор на практике о гидрогеологии
вспоминают лишь тогда, когда начинают проектировать рудник и
приступают к расчету рудничного водоотлива, а еще хуже — уже
в процессе эксплоатации, когда случится авария в виде
затопления рудника.
Между тем первая гидрогеологическая оценка месторождения в
некоторых случаях при большой водообильности необходима, и
без такой оценки возможны крупные ошибки в планировании
детальных разведок и порядка эксплоатации месторождений.
Например, возможно, что полезное ископаемое залегает среди толщи за-
карстованных известняков и в обводнении участка, отводимого
для горных выработок участвуют поверхностные воды.
Не учитывая последнего фактора, могут выбрать для первых
шахт места ближайшие к реке как представляющие некоторые
10 Каменский
289

удобства с точки зрения эксплоатадии рудника. Однако этот
выбор будет глубоко ошибочным, в чем придется убедиться через
несколько лет при эксплоатации относительно глубоких горизонтов,
когда приток воды в горные выработки будет неуклонно
возрастать за счет инфильтрации речных вод и будет угрожать
прорывом больших масс воды.
Если же учесть отмеченные нежелательные явления раньше и
заложить первые шахты в местах, более удаленных от реки, то эк-
сплоатация может пойти более спокойно. Более трудные участки
месторождения, расположенные ближе к реке, останутся на
последнюю очередь, и возможные прорывы будут угрожать лишь
остаткам невыработанной руды, а не всему месторождению.
Учитывая осложнения в оценке месторождения, следует
начинать изучение их гидрогеологических условий в отмеченную выше
первую стадию общей геологической разведки месторождения, по
крайней мере в форме указанных выше попутных
гидрогеологических наблюдений в процессе общих поисково-разведочных работ.
В некоторых же случаях при разведке крупных месторождений
и при заведомо их высокой обводненности надо уже в первой
стадии ставить гидрогеологические работы в форме маршрутного
исследования, дополняющего общую геологическую съемку
месторождений, а также в виде гидрогеологических наблюдений при
производстве разведочного бурения, при проходке шуфров и
других разведочных горных выработок.
Специальные гидрогеологические исследования развертызаются
обычно на участках месторождения, предназначенных для
заложения эксплоатационных шахт. Эти исследования складываются из
детальной гидрогеологической съемки и разведочных работ с
производством опытных откачек для определения коэфициентов
фильтрации и производительности водоносных пород.
Основной задачей этих исследований является определение
величины притока воды в проектируемые горные выработки и
выяснение режима водопритока (т.^ е. изменений величины последнего в
процессе проходки стволов шахт и других выработок, а также
прогноз возможности прорывов подземных вод и плывунов).
Методика оценки величины притока воды в горные выработки,
надо сказать, до сих пор не разработана, и мы можем лишь
указать те направления, по которым в настоящее время развивается
разработка способов оценки водообилыюсти шахт. Эти
направления следующие:
1. Оценка водообильности или обводненности месторождения
по характеру пород, участвующих в строении их кровли и постели
и по условиям питания подземных вод.
2. Определение притока воды в шахты по аналогии с
действующими рудниками на основании расчетов водопритока по коэфи-
циенту водообильности, по величине притока воды на единицу
объема, площади или длины выработок.
3. Подсчет притока воды в отдельные горные выработки или
систему выработок с помощью формул динамики подземных вод.
290

4. Оценка притока воды по водному балансу.
Оценка водообильности по первому способу основана на
изложенной в начале данной главы характеристике групп
месторождений и на знании водоносности типов горных пород. С этой
точки зрения можно, например, выделить следующие типы
месторождений, начиная с наиболее обводненных.
1. Месторождения, заключенные в толщах закарстованных
пород, чаще известняков, связанных с реками, могущими при
достаточном понижении уровня подземных вод в процессе развития
горных работ участвовать в обводнении горных выработок, приток
воды в шахты в данных условиях может достигать величины
порядка 1000 и более м3/час.
2. Месторождения в толщах трещиноватых и зернистых
песчаных пород, где при возможности связи с речными водами (Рид-
дер) приток воды может достигать величины порядка 400 —
600 м3/час с неуклонным возрастанием по мере увеличения объема
и глубины выработок.
3. Месторождения, обводняемые водами мощных водоносных
пластов песчаных и трещиноватых пород кровли и постели
(Подмосковный бассейн); приток воды в отдельные шахты доходит до
200 — 300 м*/час.
4- Месторождения, залегающие в толще плотных изверженных
и метаморфических пород; приток воды в отдельные рудники до
50—100 мУчас и во многих случаях менее 50 м3/час.
5. Месторождения в толще мощной вечной мерзлоты
практически сухие, за исключением случаев возможности прорыва подмерз-
лотных вод или соленых вод на морских побережьях;
6. Месторождения, расположенные в междуречных массивах
на относительно высоких отметках и хорошо дренированные,
приток воды обычно невелик, и борьба с рудничной водой не
представляет затруднения.
Относя к той или другой группе изучаемое месторождение и
учитывая также опытные данные по известным существующим
рудникам, можно на первой стадии исследования дать довольно
конкретную гидрогеологическую оценку водообильности
месторождения. При этом мы должны отметить важное значение знания
гидрогеологии действующих рудников, сведения о водоносности
которых следует систематически собирать и изучать.
Второй способ, основанный на пересчете данных наблюдений за
притоком воды в шахты, находящихся в аналогичных
гидрогеологических условиях, заключается в определении так называемого
единичного притока, т. е. притока на единицу объема или площади
горных выработок. Величина эта, как мы уже указывали, в
некоторых случаях изменяется для данной системы горных
выработок довольно закономерно в зависимости от количества выработок
Приведем пример определения притока воды в одну из шахт Ала-
паевского железорудного месторождения, где рудная залежь
обводняется за счет напорных вод, заключенных в известняках
карбона, залегающих ниже подошвы рудного тела. Ниже приведены
291

притоки воды в эту шахту при различных площадях
подготовительных выработок.
Плоіцадь подготовительных
выработок м2
Суммарный приток воды в
шахту MPj'iac
600
122
980
144
1080
145
1255
146
1300
148
Единичный приток на \мг
площади выработок
0,20
0,15
0,135 1 0,114
0,114
Построив на графике точки, отвечающие приведенным данным
(рис. 75), и проведя через них кривую, найдем графическое
выражение зависимости интенсивности притока воды от площади
выработок.
6
* «* од
\ || W
^ од
Що;о
I
S 130
1 120
%
!§ юо
%•% от
I § от
Придал зависимости
суммарного притока
Крибан забисимости цдмьного
фтоканаім2площа§иЪіра$стак-
600 700 800
900 1000 1W0 1200 1300 МО 1500 18QQ 1700 1800 1900 2000
Площадь подготовительных выработок 6мг
Рис. 75. График зависимости притоков воды в шахту им. Первое Мая от
развития площади горных выработок при понижении пьезометрического
уровня на 24 м.
По этой кривой, которую предположительно можно несколько
продолжить, возможно приближенное определение притока воды
для дальнейшего развития выработок или для другой соседней
шахты, находящейся в аналогичных условиях. График показывает,
что дальнейший рост притока приближается к некоторому пределу.
Существует способ оценки величины водопритока по коэфи-
циенту водообильности шахт, который, однако, в значительной
мере зависит от условий эксплоатации проектируемой шахты. Коэфи-
диент водообильности имеет конкретное значение для оценки
водообильности в условиях одной группы месторождений (например
каменноугольное месторождение Донбасса).
Третий способ, по которому приток вычисляется по формулам
движения подземных вод, должен давать наиболее точные
количественные решения задачи о притоке воды в горные выработки..
292

Однако существующие формулы, как известно, главным образом
составлялись для колодцев и горизонтальных водосборных галле-
рей и в ряде случаев недостаточно отражают особенности горных
выработок, формы которых и условия работы иногда трудно
поддаются схематизации для производства расчетов.
Чаще для данной цели применяется расчет по так
называемому способу «большого колодца». По этому способу горные
выработки приводятся к «равновеликому» (по площади) колодцу, для
которого вычисляется по формуле Дюпюи или другим формулам
приток воды при максимальном понижении уровня воды (до
забоя), что мы обыкновенно имеем в шахтах.
При этом расчет ведется для условий установившегося
движения, что, конечно, вносит известную долю погрешностей. Для
расчета притока воды по формулам динамики подземных вод
требуется знание коэфициента фильтрации пласта, который должен быть
предварительно определен опытной откачкой в процессе
гидрогеологических разведок.
Для расчета водопритока могут быть применены следующие
формулы:
1- Формула Дюшои для совершенного колодца для пластов,
прорезанных выработками до основания.
2. Та же формула с поправкой Форхгеймера для водоносных
толщ, не пройденных выработкой до основания.
3. Формула Форхгеймера для колодца, расположенного около
берега реки, в случае если последняя находится недалеко от
выработки и участвует в ее обводнении.
4. Формулы Форхгеймера для шахтных колодцев с
проницаемым дном.
5. Формула Шези-Краснопольского для трещиноватых пород.
По поводу применения последней формулы можно отметить,
что до сих пор не установлено твердых критериев для решения
вопроса о применимости формул, основанных на законе Дарси или
Шези. Для приближенного расчета притока воды к колодцам и
шахтам, заключенным в трещиноватых породах, может
применяться формула и Шези и Дюпюи.
Разумеется, расчеты водопритока по описанным формулам для
трещиноватых пород применимы лишь в случае достаточно
равномерного развития системы трещин, делающих рассматриваемую
толщу пород водопроницаемой и водоносной в целом. Если же
вода проникает через тектонические трещины локального
характера, не позволяющие рассматривать всю толщу равномерно
трещиноватой, то в таком случае расчет по формулам не применим.
В некоторых случаях удобно (для расчетов водопритока в
горизонтальные горные выработки удлиненной формы) принять
гидравлическую схему в виде горизонтальной водосборной галлереи,
применяя соответствующую формулу (см. «Динамика подземных вод»)-
В сложных случаях для расчета водопритока в систему горных
выработок, можно применять группу взаимодействующих
колодцев, работающих с понижением до уровня забоя выработок.
293

Расчет по рассмотренным формулам исходит из допущения
установившегося движения подземных вод, соответствующего
некоторой предельной воронке депрессии, которая определяется
допущением той или иной принятой для расчета величины радиуса
влияния.
Отмеченное допущение заключает в себе некоторую
произвольность и влечет за собой погрешность в расчетах. Последняя
может оказаться существенной для первого периода действия горных
выработок, когда происходит еще сработка статических (вековых)
запасов подземных вод, заключающихся в воронке осушения.
Для данного периода следовало бы применять расчет
водопритока, основанный на уравнениях неустановившегося движения
подземных вод. Способы такого расчета еще не разработаны, но
намечается возможность применения здесь метода конечных
разностей, который использован нами ранее в расчете
неустановившегося движения грунтовых вод при подпоре.
В дальнейшем задача о притоке воды в горные выработки
должна, повидимому, разрешаться как задача о режиме
водопритока, дающая решение в виде прогноза изменений водопритока в
процессе развития горных работ. При этом должны учитываться
сработки статических запасов подземных вод и их периодическое
пополнение в результате инфильтрации атмосферных осадков и
привлечения новых ресурсов вод из других водоносных горизонтов
по мере развития с ними связи.
Без учета сработки запасов вод и режима их подсчет расхода
воды по формулам установившегося движения определяет
величину возможной производительности" выработки как водосборного
сооружения. При этом для реальной оценки водопритока
необходимо выяснить дополнительно обеспеченность вычисленного
расхода водным балансом месторождения. Здесь могут быть два случая.
Первый случай, когда главным источником питания являются
реки или поверхностные водоемы, могущие давать в проницаемые
горные породы месторождения неограниченное количество воды.
Второй случай, когда питание подземных вод месторождения
совершается за счет инфильтрации атмосферных осадков и за счет
расширения депрессионной воронки.
В первом случае приток воды в горные выработки зксплоаги-
руемого месторождения, как мы видели выше, определяется водо-
проводящей способностью горных пород, отделяющих выработки
от поверхностных водоемов и рек, и будет неуклонно возрастать»
как мы уже видели выше, по мере углубления выработок.
Во втором случае приток воды в выработки по мере сработки
запасов подземных вод и расширения депрессионной воронки
будет возрастать до некоторых пределов, ограничиваемых
поступлением воды в процессе атмосферного питания. Предел этот
определяется водным балансом района, выяснение которого составляет
четвертый из приведенных выше способов оценки водообильности
месторождения. Изучение водного баланса является основным
способом оценки водопритока в эксплоатационные выработки до-
294

полнителыю к расчетам по формулам \\ случае нигокой подопро-
водимости горных пород, оо>пн'чппшощпх Пыгі'роо iipoimuuomMivir
в глубину атмосферных мод, например, для чрощимопатых пород и
закарстованных ианестпикоп, находящихся п мостах, дпгпггочно
удаленных от рек.
В соответствии с выше описанными способами оценки водо-
обильности месторождений детальные гидрогеологические
исследования, проводящиеся дли шахтного строительства, должны в
каждом отдельном случае приобретать то или иное направление в
зависимости от местных гидрогеологических условий. Заканчивая
обзор гидрогеологических исследований для шахтного строительства,
мы можем охарактеризовать состав данных исследований
следующим образом.
Чтобы получить конкретные гидрогеологические данные для
шахтного строительства и для оценки водообильности
месторождения, необходим комплекс гидрогеологических исследований,
охватывающий всесторонне условия залегания подземных вод, их
ресурсы, режим и химизм с неменьшей полнотой, чем при разведке
подземных вод для их использования в водоснабжении. Задача
использования подземных вод здесь тоже нередко ставится, хотя
и не как основная.
Детальные гидрогеологические исследования для крупного
шахтного строительства включают в своем составе следующие
виды работ:
1. Детальную гидрогеологическую съемку поверхности.
2. Максимальное использование буровых скважин и горных
выработок, проводимых при геологической разведке полезного
ископаемого.
3. Заложение гидрогеологических разведочных и опытных
скважин с производством испытания водоносных пород откачкой.
Исследование химического состава подземных вод.
4. Наблюдение над режимом подземных вод и выяснение
связи их с поверхностными водами.
5. Постановка в некоторых случаях отмеченных выше
гидрогеологических наблюдений для изучения общего водного баланса
месторождения.
В результате рассмотренных исследований, как и в других
случаях, составляются геологические и гидрогеологические карты и
разрезы, среди которых для рудничной гидрогеологии следует
отметить специальные карты: карты пластовые, изображающие в
изолиниях кровлю или постель залежи или ближайшие водоносные
слои, карты мощностей глинистых пород, покрывающих или
подстилающих пластовую залежь полезного ископаемого с показанием
участков надежной изоляции залежи от водоносных пластов или
«окон» в этих изолирующих слоях.
В некоторых случаях составляются блок-диаграммы,
изображающие разрезы месторождения в аксонометрической проекции.
В заключение скажем несколько слов о гидрогеологической
службе на существующих рудниках. Основная задача зтой службы
295

заключается в повседневном участии гидрогеолога в борьбе с
рудничными водами путем выявления источников обводнения,
систематических наблюдений за режимом рудничных вод, своевременного
прогноза возможности прорыва подземных вод и плывунов.
Для осуществления этих задач гидрогеолог должен хорошо
изучать геологию и гидрогеологию рудника и отлично знать планы
горных выработок. В целях изучения обводнения выработок
должна быть проведена подземная гидрогеологическая съемка с
описанием всех горных выработок и с составлением по ним
гидрогеологических профилей (рис. 76) и специальных карт обводнения.
Кроме того, конечно, для существующего рудника должен быть
полностью проведен комплекс рассмотренных выше работ, выпол-
Разбедсчная скЗайаіно N121
/с поверхности)
Рис. 76. Продольный профиль по штреку № I (восточный).
/—капеж; 2—вода из почвы; 3—прорыв в кровле; 4-гпучение подошвы; 5— сильное
давление на кровлю; б—скважина из выработки.
няемых для изучения гидрогеологических условий месторождения
с составлением указанных выше геологических,
гидрогеологических, пластовых карт и разрезов. В качестве примера подробного
гидрогеологического изучения месторождения и вопросов
рудничной гидрогеологии можно указать работы по гидрогеологии и
режиму шахтных вод Подмосковного бассейна, для которого мы
имеем опубликованный в печати ряд сводок по гидрогеологии [81,
по методике осушения на шахтных полях [122], по методике
гидрогеологических наблюдений в шахтах [102].

Глава XI
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
§ 69. Распределение подземных вод в нефтяных
месторождениях, их взаимоотношение с нефтью
и классификация
Сказанное выше о значении подземных вод для рудных
месторождений может быть повторено с еще большей убедительностью
и для нефтяных месторождений. Подземные воды являются
основной причиной, вызывающей миграцию нефти и концентрацию ее в
приподнятых участках пластов: в куполах, брахиантиклиналях и
других геологических структурах, о которых мы можем получить
полное представление по схеме классификации нефтяных залежей
И. О. Брод (рис. 77).
Нефть вследствие меньшего удельного веса постепенно
собирается в максимально приподнятых участках геологических
структур и при наличии в этих участках непроницаемых покрывающих
пород образует пластовые залежи различных форм.
В верхней части этой залежи нередко присутствует еще
свободный нефтяной газ, в состав которого входят главным образом
углеводороды: метан (78 — 90%), этан (2 — 3%). Свободный газ в
месторождении образует так называемую «газовую шапку»,
располагающуюся в наивысшей части пласта над нефтью.
Нефтеносные пласты на участках более низкого их залегания
насыщены водой. Последняя, занимая участки крыльев или
склонов структур и окружающую область синклинального погружения
пластов, образует артезианский бассейн, который вместе с
нефтяной залежью составляет единую гидродинамическую систему.
Участки выходов артезианского пласта, где заключенная в нем
вода сообщается с поверхностью и атмосферой, обычно удалены от
нефтяных месторождений па большое расстояние и приурочены к
другим геологическим структурам, в которых пласты выходят на
поверхность, будучи приподняты и вскрыты глубокой эрозией или
тектоническими трещинами. Эти участки являются областями
питания или разгрузки для артезианских вод, и от их высотного
положения зависят величина и распределение пьезометрического напо-
297

pa в системе артезианского бассейна, окружающего нефтяную
залежь, и так называемое пластовое давление в последней.
Пластовые эал&Жи
(Т) сводовая
Массивные залежи
\р\ б эрозионном
^-^ выступе
(2) стратиграаэически
экранированная
ЗолеЖи неправильной
срормы
(в) 6 линзах, в нормальной
^-^ серии осадочных пород
(р) 5 ридзогенном *
^^ быступе
Су) в песчаных накоплениях
ч^ углублений древнего
рельедза
©
J) тектонически
экранированная
(j\ G структурном быстут
__: а
10) в зонах побышсниой
пористости и
проницаемости
(If) 0 быкпинибаюшихся
пластах
(Jj) в выступах дребнего
Рис. 77. Схема классификации нефтеносных структур (по И. О. Броду).
а) нефть; б) вода.
В нефтепромысловой практике сложилась следующая
классификация нефтяных вод по их условиям залегания:
1. Вода, занимающая нижнюю часть пласта и подпирающая
снизу нефть, насыщающую верхнюю часть пласта, носит
наименование подошвенной воды (рис. 78).
2. Вода, занимающая всю толщу пласта вокруг нефтяной зл-
298

лежи, когда нефть заполняет весь пласт в центре залежи,
называется контурной водой (рис. 79) или краевой водой.
3. Вода "водоносного пласта, залегающего под нефтяной за
лежью, называется верхней водой. Вода нижележащего
водоносного пласта — нижней водой.
Линия, отграничивающая
нефтяную залежь от контурной воды,
называется контуром
нефтеносности.
і г
*-5
Рис. 78. Типы залегания вод
в нефтяной залежи.
7—по донос ная скважина; 2—безводная
скважина; 3—контур нефтеносности ; 4
-подошвенная пода; 5 — краепая пода.
Рис. 79. Распределение воды и
нефти в нефтяной залежи.
1—контур нефтеносности; 2—-контур
иодоносности; 3—горизонтали
поверхности пласта; 4-приконтурная зона;
5—нефть; 6—вода
§ 70. Химический состав нефтяных вод
По генетическому типу и условиям залегания воды нефтяных
пластов относятся к «погребенным» водам. Они заключены
вместе с нефтью в закрытых, обычно довольно глубоких пластах,
изолированных от поверхности на широкой площади, окружающей
месторождение и имеющей сообщение с атмосферой лишь на
очень удаленных участках. Природный режим вод нефтеносных
пластов характеризуется, как и режим вообще глубоких
погребенных вод, застойностью, отсутствием каких-либо влияний
атмосферных и поверхностных факторов, за.исключением тех участков,
где артезианские пласты выходят на поверхность, т. е. в областях
их питания и разгрузки. Области эти находятся обычно, как уже
указано было, далеко от нефтяной залежи, в других каких-либо
раскрытых структурах, отделяемых от нефтеносной структуры
более или менее широким синклинальным погружением пластов.
Подземные погребенные воды нефтяных пластов, как и сама нефть,
являются образованиями обычно довольно древнего геологического
возраста. Сохранение тех и других обязано отмеченным выше уело-
риям залегания и изоляции залежи от поверхности. Химизм вод
нефтяных месторождений обстоятельно освещен работами В. А. Су-
лина [1121 Воды эти характеризуются высокой минерализацией, как
и вообще погребенные воды глубоких пластов.
По химическому составу здесь характерны два типа вод:
1) хлор-натриево-кальциевые и 2) щелочные. В верхних во-
299

доносных горизонтах нефтяных месторождений и в краевых зонах
артезианских бассейнов, их окружающих, глубокие погребенные
воды, смешиваясь с поверхностными водами, образуют
различного рода смешанные воды, переходящие ближе к выходам
на поверхность в обычные инфильтрационные гидрокарбонатные
воды.
Нефтяные воды первого типа — хлор-натриево-кальциевые
отмечаются наиболее высокой минерализацией, достигающей
нередко концентрации рассолов с сухим остатком свыше 50 гіл и даже
свыше 100 г/л.
Основной составной частью этих вод является обычно
хлористый натрий, составляющий от 50 до 98% всех растворенных
в воде солей. Кроме того, в воде этого типа присутствуют также
хлориды магния и кальция. Особенно характерно присутствие
хлористого кальция, который, как мы указывали в главе I,
отсутствует в морских водах нормальной солености. В соответствии
с наличием хлоридов щелочных земель для данного типа вод
отношение rNa/rCl всегда меньше единицы, и колеблется примерно
от 0,60 до 0,99.
Хлор-натриево-кальциевые воды, как и вообще воды нефтяных,
пластов, в большинстве случаев не содержат сульфатов, что
является результатом метаморфизации вод под влиянием
углеводородов и десульф'ирующих бактерий, действие которых выражается
в восстановлении сульфатов, о чем мы уже говорили в главе I.
Высококонцентрированные хлор-натриево-кальциевые воды
характеризуются относительно повышенным содержанием брома,
иода и бора, а иногда и радия.
Содержание брома в них достигает 600 мг/л, иода от
5 до 50 мгіл\ содержание радия нередко составляет 10 10—10"и
весовых процентов.
Второго типа воды нефтяных месторождений составляют
группу щелочных вод, разделяющихся на две подгруппы: хлоридно-
щелочные и хлоридно-сульфатно-щелочные. Особенно характерны
воды хлоридно-щелочные, в солевом составе которых
преобладающее значение имеют хлориды и карбонаты натрия. В щелочных
водах величина отношения rNa/rCl всегда больше единицы.
Соотношение хлоридов и карбонатов в водах данного типа различно:
обычно преобладают хлориды, что имеет место в более
минерализованных, но иногда доминирующее значение приобретают
и карбонаты (щелочные воды).
Хлоридно-щелочные воды обычно обладают относительно
невысокий минерализацией, не более 10—20 г/л и редко превышают
50 г/л. Кроме хлоридов и карбонатов щелочей в этих водах
присутствуют карбонаты щелочных земель, относительное
содержание которых очень невелико (доли процента) и снижается до
ничтожных сотых долей процента в более высококонцентрированных
водах. В хлоридно-щелочных водах сульфаты обычно отсутствуют,
что является следствием тех же процессов сульфатредукции,
которые свойственны нефтяным водам.
300

Подгруппа хлоридно-сульфатно-щелочных вод отличается
наименьшей минерализацией среди нефтяных вод; сухой остаток эгих
вод преимущественно менее 1 г/я. В солевом составе этих вод
наряду с хлоридами и карбонатами натрия присутствуют сульфаты
натрия. Сульфаты щелочных земель в них отсутствуют. Воды эти
в большинстве случаев, являются, повидимому, результатом
смешения хлоридно-карбонатио-щелочных вод с сульфатными водами
поверхностного инфильтрационного происхождения.
Своеобразный состав вод нефтяных месторождений вызвал
появление ряда гипотез об их происхождении. На рассмотрении
зтих гипотез мы не останавливаемся, а отсылаем читателя к
книге В. А. Сулина [112].
Здесь мы отметим, что по общепринятому мнению, подземные
воды нефтяных месторождений являются погребенными водами
морского происхождения, подвергнувшимися затем метаморфиза-
ции в условиях среды, богатой органическими веществами,
коллоидами и микроорганизмами.
§ 71. Обводнение нефтяных месторождение в процессе
эксплоатации
Вода, нефть и газы в нефтеносном пласте образуют, как ска*
зано было выше, общую гидродинамическую систему, режим
и динамика которой обусловливаются пьезометрическим напором
в водоносной зоне или так называемым пластовым давлением
в нефтяной залежи, а также газами, находящимися в свободном
и растворенном состоянии.
Пьезометрический напор является основным источником
энергии для движения нефти, газа и воды. Пока месторождение
не вскрыто и достаточно герметично изолировано от поверхности,
вся система, повидимому, находится в состоянии равновесия,
сложившегося в условиях длительного существования залежи.
Вероятно в участках краевой зоны артезианского бассейна, окружающего
месторождение, существует некоторая циркуляция воды и
колебания уровня вод, но и те и другие, повидимому, постепенно
затухают по направлению к центру (ближе к нефтяной залежи).
При вскрытии месторождения равновесие, сложившееся в
пласте, нарушается. Если это вскрытие происходит в ходе
геологической истории под влиянием эрозии кровли или тектонических
нарушений, то нефтяное месторождение разрушается в результате
вытеснения нефти наступающей водой.
Если месторождение вскрыто скважинами для использования,
то давление воды выполняет роль подъемной силы, заставляющей
нефть изливаться на поверхность, совершающей полезную для
эксплоатации залежи работу.
Вместе с этим проявляется также и действие газового
фактора. Наибольшее значение в динамике нефти при вскрытии ее
скважинами придается газами, растворенным в нефти. Растворимость
газов определяется законами Генри, по которому объем газа,
301

растворенного в единице объема жидкости (в данном случае
нефти), прямо пропорционален давлению, если температура остается
при этом постоянной.
В природных условиях в глубоких нефтяных пластах давление
измеряется десятками атмосфер. Вместе с этим с глубиной
увеличивается количество растворенного газа. При частичной разгрузке
давления, происходящей при вскрытии нефтяного пласта, газ
выделяется из раствора и образует в скважине смесь с нефтью
пониженного удельного веса, которая под действием пластового
давления выбрасывается из скважин в виде мощного фонтана,
создавая эффект газлифта.
Таким образом, в процессе эксплоатации нефтяной залежи
скважинами действие пластового давления складывается с
явлением газлифта. При отсутствии газа в нефти или по
израсходовании запасов газа внутренних эксплоатируемых участков
нефтяной залежи, давление краевых вод становится основным
фактором производительности нефтяных скважин. Особенно эффективно
действие краевых вод проявляется в приконтурной части залежи.
В процессе эксплоатации нефтяной залежи происходит
передвижение контурных вод, замещающих извлекаемую из залежи
нефть. Передвижение воды внутрь залежи влечет за собак
обводнение месторождения.
Внешним проявлением процесса обводнения служит появление
воды в скважинах, добывающих нефть Сначала появившаяся
в скважине вода примешивается к нефти, затем содержание ее
по мере обводнения возрастает, и, наконец, вода совсем
вытесняет нефть и скважина начинает подавать одну лишь воду.
Процесс обводнения нефтяной залежи имеет различные
формы, обстоятельное рассмотрение которых мы находим в
руководствах по нефтепромысловой геологии (например в книге
М- Ф. Мирчинка, В. В. Билибина и Я. В. Гаврилова) [67].
Наиболее распространенное значение имеют следующие случаи:
1) обводнение подошвен.
кой водой,
2) обводнение контурной
водой,
3) обводнение водами
выше или ниже лежащих
водоносных горизонтов.
Первый случай наблю-
п„ ~„ . дается, когда нефть занл-
Рис. 80. Ооводнешіе нефтяной залежи шя п ^
подошвенной водой. мает лишь верхнюю часть
7-нефть; -пода. ПЛЯСТа, ПОДСТИЛЗЯСЬ ПО-
дошвеннои водой (рис. 80).
При эксплоатации нефтенасыщенных слоев создается понижение
давления в зоне влияния скважин, что приводит в движение
вместе с нефтью и подошвенную воду. В результате такого движения
образуются водяные конусы подсасывания, направленные
вершиной к фильтру скважины.
302

Рис. 81. Обводнение нефтяной скважины
подошвенной водой с образованием водяных
конусов, разделяющих нефтяную залежь на
отдельные . участки.
1—нефть; 2- вода.
В процессе эксплоатации вода, обладающая большей
подвижностью, будет занимать все больше и больше пространства пласта
вокруг скважины и все в большем и большем проценте
засасываться скважиной. Размер конуса подсасывания воды, наконец,
может достигнуть всей высоты фильтра скважины, которая в
результате обводнения оказывается разобщенной от нефтенасыщенных
частей пласта (рис. 81). Опасность обводнения скважин
подошвенной водой требует внимательного наблюдения за эксплоатаци-
онной скважиной. В случае появления воды для предотвращения
образования конуса
подсасывания воды рекомендуется
временно останавливать экс-
плоатацию скважины, чтобы
конусы подсасывания опали
и скважина снова могла по-^
давать нефть без примеси
воды. Однако остановка
эксплоатации не всегда
достигает цели. Выравнивание
поверхности раздела нефти и
воды может слишком
затянуться. В таком случае прибегают к заливке цементом нижней
части фильтра, расположенной в обводненных слоях залежи.
Последний способ оказывается особенно действенным, когда экспло-
атируемый пласт состоит из слоев различной проницаемости и
при наличии непроницаемых пропластков.
Обводнение контурной водой представляет собой нормальный
процесс .замещения нефти водой, если это замещение идет
ровным фронтом.
Вода здесь проявляет свою положительную работу вытесняя
нефть из периферической части залежи и способствуя поступлению
ее в эксплоатационные скважины, ряды которых по мере сработки
запасов нефти располагаются, постепенно отступая к центру
залежи.
При неравномерном залегании нефти и неровном продвижении
фронта нефти и воды создаются в отдельных участках выступы
более быстро наступающей
воды, образующей языки
обводнения. Последние влекут за
собой проникновение масс воды
внутрь залежи и окружение
водой отдельных участков
нефтяной залежи, что влечет за собой
преждевременное обводнение
скважин и потерю нефти,
причем величина потери получается
тем большей, чем больше
неравномерность эксплоатации залежи и неравномерность хода
обводнения.
Pjic. 82. Обводнение нефтяной залежи
нижними и верхними водами
а, и, с—скважины; і—нефть; 2—вида,
303

Борьба с обводнением нефтяной залежи контурной водой
заключается главным образом в рациональной постановке эксплоата-
ции с учетом процесса передвижения контурной воды и вообще с
учетом гидродинамического режима нефтяной залежи. Для этой цели
при эксплоатации ведут тщательные наблюдения за скважинами,
отмечая нефтяные, водяные и частично обводненные скважины.
Разрешение вопроса о рациональных системах расположения
эксплоатационных скважин (размещаемых с учетом процесса
обводнения нефтяной залежи контурной водой) в последнее время
получает очень ценное освещение — в подземной нефтяной
гидравлике. В число задач последней входит гидродинамическая
теория, устанавливающая закономерности передвижения линии
раздела нефти и воды в пласте и формы обводнения нефтяной залежи
при извлечении нефти скважинами. Четкую формулировку этого
рода задач и ряд интересных решений их мы находим в работе
В. Н. Щелкачева [138.1, который дает попытки гидродинамического
обоснования рациональной расстановки скважин в зависимости от
формы нефтяной залежи. Например, для купольной залежи нефти
с контуром нефтеносности, имеющим форму окружности, эксплоа-
тационные скважины размещаются тоже по окружности, при этом
их расстановка должна, по В. Н. Щелкачеву, удовлетворять
следующим требованиям:
1) скважин не должно быть слишком много, потому • что их
взаимное влияние будет слишком велико,
2) скважины не следует располагать слишком редко, потому
что при малом количестве их контур нефтеносности будет
стягиваться неравномерно,
3) нельзя ограничиться малым числом скважин,
расположенных в центре залежи, так как при этом эксплоатация будет мало
интенсивной и растянется на длительный срок.
Из перечисленных требований следует, что при зыборе
наиболее рационального размещения скважин и числа их должно
учитываться взаимодействие скважин, степень неравномерности
стягивания контура нефтеносности и время, потребное на
извлечение запасов нефти.
В случае брахиантиклинальной залежи с контуром
нефтеносности в форме эллипса роль неравномерности перемещения
контурных вод выясняется из следующих примеров.
Расположим три скважины по главной оси эллипса и из них
одну поместим в центр. В процессе эксплоатации контур
нефтеносности примет форму восьмерки, причем в залежи к моменту
обводнения остается значительное количество нефти (около 50%).
Этот пример показывает, что нельзя начинать эксплоатацию
с центральной скважины, так как при этом залежь скоро
расчленяется обводнением на две части. Более рациональным способом
эксплоатации бранхиантиклинальной залежи, по В. Н. Щелкачеву,
является система скважин, по которой первые эксплоатационные
скважины располагаются ближе к концам большой оси эллипса
(скв. № 1—2—3—4), затем после обводнения крайних скважин
304

вводят в эксплоатацию скважины, располагаемые
последовательно ближе к центру (скв. № 5—6 и т. д.).
Рассмотренные примеры, показывают, насколько существенное
значение для постановки рациональной эксшюаталии нефтяных
месторождений имеет знание гидродинамики процесса обводнения
нефтяной залежи, природных условий распределения подземных
вод, строения проводящих воду пород, а также в целом
гидрогеологии месторождения. Поэтому при разведке месторождений
нефти и при зксплоатации вопросы гидрогеологии должны найти
соответствующее место. На каждом месторождении, намечаемом
к зксплоатации, должны быть поставлены исследования,
необходимые для выяснения стратиграфического положения водоносных
горизонтов, химического состава вод каждого горизонта,
взаимоотношения подземных вод с нефтяными залежами, определение
контура водоносности, определение пьезометрического напора
водоносных горизонтов.
Все эти вопросы могут быть выяснены в процессе разведки
на нефіъ, требуется лишь надлежащая постановка
гидрогеологических наблюдений с документацией в процессе бурения. Для
полноты суждения о гидрогеологическом режиме месторождения
следует выяснить условия распространения водоносных
горизонтов в окружающей местности, установить места их связи с
поверхностью, выяснить области питания или разгрузки напорных вод.
Проблем нефтяных вод, как и многие практические проблемы,
связанные с деятельностью подземных вод, должны разрешаться
коллективными усилиями гидрогеологов и представителей других
дисциплин, как геологических, так и технических.
20. Каменский

ЛИТЕРАТУРА
2. Агрессивность естественных вод. Под редакцией проф. И. Г. Орлове.
ОНТИ, Москва, 1932.
2. А л ь б о в С. В. Гидрогеологические исследования в Магнитогорском
районе. Тр. Всес. геол.-развед. объед., вып. 326, 1933.
3. Альтов с кий М. Е. Методика гидрогеологических изысканий в
целях водоснабжения. Москва, 1936.
4. Альтовский М. Е. Временная инструкция по расчету
взаимодействующих артезианских скважин. Госгеолиздат, А^осква — Ленинград, 1940.
5. Алтухов и ФеЙгин. Отчет об изысканиях ключевых вод для
водоснабжения С.-Петербурга. С.-Петербург, 1896.
6. Архангельский А. Д. и Залманзон Э. С. Сравнительно-лито-
логические исследования но вопросу о происхождении подземных вод
Грозненских нефтяных месторождений. Бюлл. Моск. общ. испытателей природы, отд.
геол. тех. (3—4), 1934.
7. Белоусов В. В. Очерки геохимии природных газов. Ленинград, 1937.
8. Беляев Д. Д., Воробьев А. А., Гольтяков В. И., Нелюбов
Л. П., Пастухов Г. И., Федоров Г. И., Троянский С. В., Я блоков
В. С. Гидрогеологическое описание южного крыла Подмосковного бассейна и
условия обводнения угольных шахт. Гостоптехиздат, 1941.
9. Богомолов Г. В. К методике определения производительности
водоносных пластов откачкой. Гидротехгеоинститут, вып. 18, Москва, 1933.
10. Б у нее в А. Н. К вопросу происхождения основных типов
минерализованных вод в осадочных породах. ДАН, т. XLV, № 6, 1944.
11. Васильевский М. М. Альбом характерных гидрогеологических и
других карт. Тр. ЦНИГРИ, вып. 94, 1939.
12. Васильевский М. М. и Бутов П. И. Материалы по методике
составления гидрогеологических карт. ОНТИ НКТП СССР, Ленинград —
Москва, 1937.
13. Вевиоровскан М. А., Разин К- И. и Семенов М. П.,
Методика изучения режима подземных вод для крупного гидротехнического
ирригационного и промышленного строительства. ОНТИ, Москва—Ленинград, 1937.
14. Вернадский В. И. История минералов земной коры. Т. II —
История природных вод. Госхимтехиздат, Ленингр. отд., 1933.
15. Вильяме В. Р. Почвоведение. Москва, 1936.
16. Гаганидзе А. Р., Жуков В. А. Каталог буровых на воду скважин
Московской области. Ч. П, ОНТИ НКТП СССР, Москва — Ленинград, 1936.
17. Гаганидзе А. Р., Жуков В. А. Каталог буровых на воду
скважин Московской области. Ч. I, вып. 2, ОНТИ НКТП СССР, Москва —
Ленинград, 1937.
18. Гармонов И. В. и Каменский4 Г. Н. Карты водопрлводимости и
динамических запасов грунтовых вод в Пехорско-Купавинском районе близ
Москвы «Води, богат, недр земли на службу соц. стр.», секция спец. гидрогеол.
Сб. 6, Ленинград—Москва, 1933.
19. Гедройц К. К- Солонцы, их происхождение, свойства и мелиорация.
Изд. Носовской сел.-хоз. опыт, ст., 1928.
306

20. Гедройц К- К. Учение о поглотительной способности почн. 1929.
21. Гениев Н. Н. Водоснабжение городои н промышленных
предприятий. Стройиздат, 1944.
22. Гсфер Г. Подземные йоды и источники. Изд. Москва—Ленинград, ШЬ.
23. Дахнов В. Н. Кароттаж скважин и интерпретации кароттажных
диаграмм. Гостехиздат, Москва—Ленинград, 1941.
24. Доктуровский В. С. Болота и торфяники, развитие и строение их.
Москва 1922.
25.' Дубянск и й А. А. Гидрогеологические районы Воронежской обл.
Вып. 1, II, Воронеж, 1935.
26. Жуков В. А. Программа и метод однородного собирания
гидрогеологических материалов в 9-й Тр. секции сельского водоснабжения. Москва, 1929.
27. Жуков В. А., Толстой М. П. и Троянский С. В. Артезианские
воды каменноугольных отложений Подмосковной палеозойской котловины.
ГОН'ГИ, 1939.
28. Заборовс кий А. И. Электроразведка. Гостоптехиздат, Москва —
Ленинград, 1943.
29. Игнатович Н. К- Методика пробных и опытных откачек. Мат. по
метод, гидрогеол. и инж. геол. исслед., вып. 2, Москва — Ленинград, 1935.
30. Игнатович Н. К. О закономерностях распределения и формирования
подземных вод. ДАН СССР, т. XLV, № 3, 1944.
31. К а м е н с к и и Г. Н. и Б о г о м о л о в Г. В. Подсчет коэфициента
фильтрации для случая асимметричной воронки депрессии. Гидротех, стр-ство,
№ 2—3, 1932.
32. Каменский Г. Н. Режим грунтовых вод г. Москвы и его изменение
под влиянием строительства канала Москва—Волга. Сб. «Геология для реконстр.
Москвы». АН СССР, Москва, 1938.
33. Каменский Г. Н. и Моро А. И. Определение расхода грунтового
потока в неоднородных грунтах Москворецкой долины по трассе дренажа,
проектируемого в г. Москве. Тр. Моск. геол.-разв. ин-та им. Орджоникидзе, т. VI,
Москва, 1937.
34. Каменский Г. Н„ Биндеман Н. Н., Вевиоровская М. А.,
Альтовский М. Е. Режим подземных вод. Москва—Ленинград, 1938.
35. Каменский Г. Н. Уравнения неустановившегося движения
грунтовых вод -в конечных разностях. И АН СССР, отд. тех. наук, № 4, 1940.
36. Каменский Г. Н. Основы динамики подземных вод. Госгеол-
издат, 1943.
37. Келлер Г. Напорные воды. Гостехизд., Москва, 1931.
38. Кене В. Учение о грунтовых водах. Москва—Ленинград, 1932.
39. Кейльгак. Подземные воды. Москва—Ленинград, 1935.
40. К овд а В. А. Солончаки и солонцы. АН СССР, Москва—Ленинград, 1937.
41. Козьменко А. С. Гидрогеологическое исследование Тульской губ.
район I. Изд. Тульск. губземства, Москва. 1913.
42. Кост Н. А. и Руффель М. А. Зоны санитарной охраны
водопровода. Госиздат, Москва—Ленинград, 1941.
43. Костяков А. Н. Основы мелиорации. Сельколхозгиз,
Москва—Ленинград, 1931.
44. Кр е и ч и-Г р а ф ф К. Основные зопросы нефтяной геологии, ОНТИ, 1934.
45. К рейтер В. М. Поиски и разведки полезных ископаемых. Госиздат,
Москва—Ленинград, 1940.
46. Крылов М. М. О режиме и балансе грунтовых вод Голодной степи.
Ташкент, 1936.
47. Куличихин Н. И. Бурение на воду. Москва—Ленинград, 1938.
48. Кулундинская экспедиция Ак. Нау<< СССР, 1931-1933 гг. Ч. 3 —
Исслед. почв, геоморфол. цикла. АН СССР. Москва—Ленинград. 1935.
49. Кусакин И. П. Искусственное понижение пювня грунтовых йод.
ОНТИ, Москва—Ленинград, 1935.
50. К у чин М. И. Подземные воды Обь Иртышского бассейна.
Гостоптехиздат, Ленинград, 1940.
51. Л а иге О. К- Краткий курс гидрогеолггия. Гос. науч.-тех. изл-во.
Москва—Ленинград, 1931.
:;° * • 307

52. Ланге О. К- Гидрогеология на службе социалистического
строительства. Ташкент, 1937.
53. Лаптев Ф. Ф. Агрессивное действие воды на карбонатные породы
(гипсы) и бетон. ГОНТИ, Москва—Ленинград, 1939.
54. Лапшин М. И., Строго нов С. Н. Химия и микробиология
питьевых и сточных вод. Госстройизд. Москва—Ленинград, 1938.
57. Л и ч к о в а Е. Л. Каталог буровых скважин Украины. Выч. I,
СССР, Москва, 1934.
56. Лисицын К- И. О зональной осолоненности грунтовых вод на
земном шаре и об оценке питьевых вод в сухих степях. Новочеркасск, 1937.
57. Л и ч к о в а Е. Л. Каталог буровых скважин Украины. Вып. I,
Киев, 1927.
58. Люжон М. Плотины и геология. ОНТИ, Москва—Ленинград, 1936.
59. Львов А. В. Поиски и испытания водоисточников водоснабжения на
западной части Амурской ж. д. в условиях вечной мерзлоты почвы. Иркутск, 1916.
60. Мазарович А. Н. Методика гидрогеологических исследований
Вып. I, изд. Центр, гидрогеол. станц. наркомзема, Москва, 1926.
61. Маков К- И. Районные депрессии напорных вод в пределах Днеп-
ровско-Донецкой впадины. Киев, 1940.
62. Маков К. И. О сравнительной оценке водообильности водоносных
горизонтов. ДАН СССР, т. XLIII, № 3, 1944.
^ЖМ аньковский Г. П., Ер ее нов Н. В. и Плотников Н. А. доц.
Водоснабжение промышленных предприятий и населенных мест. ОНТИ,
Москва, 1938.
64. М е й н ц е р О. Э. Учение о подземных водах. ОНТИ, Ленинград —
Москва, 1935.
65. Методы исследования и опробования жидких полезных ископаемых. Гос
геолразведиздат, Ленинград—Москва, 1933.
66. Методы и организация комплексной геологической съемки. Гос. науч.
техн. геолого-развед. изд-во, Москва—Ленинград, 1933.
67. Мир чинк М. Ф., Билибин В. В., Га ври лов Я- В. Нефтепро-
- мысловая геология. Азгонти, Баку—Москва, -1938.
68. М у с к а т В. И. Санитарная охрана источников водоснабжения. ОНТИ,
Москва—Ленинград, 1937.
69. Н а н с е н И. Практика планового высушивания буроугольных
месторождений. Харьков, 1931.
70. Нестеров Л. Я., Бибиков Н. С, Усманов А. Ш. Курс
электроразведки. ГОНТИ НКТП СССР, Москва—Ленинград, 1938.
71. Никитин С. Н. Бассейн Сызрани. Исслед. гидрогеол. отд. 1894—
1896 гг. Тр. эксп. для исслед. ист. глав. рек. Евр. России, СПБ, 1898.
72. Никитин С. Н. Указатель литературы по буровым на воду
скважинам в России. 1921.
73. Никшич И. И. Копетдаг. Геологические и гидрогеологические
исследования в Полторацком у. Туркменской обл. Ташкент, 1924.
74. Обручев В. А. Образование гор и рудных месторождений. АН СССР,
Москва—Ленинград, 1942.
75. Овчинников А. М. Геологические структуры районов минеральных
вод. Тр. Перв. всесоюз. гидрогеол. съезда, сб. 5 — Минеральные воды.
Москва, 1934.
76. Овчинников А. М. Минеральные воды. Госгеолиздат, 1947.
77. О г и е в с к и й А. В. Гидрогеология суши. ОНТИ НКТП СССР, Москва—
Ленинград, 1936.
78. Оппоков Е. В. Режим грунтовых вод в районе Полесья. Отд. зем.
улучш. С. Петербург, 1914.
79. Погребов Н. Ф. О результатах гидрогеологических исследований,
произведенных для водоснабжения СПБ, Тр. Второго съезда деят. по прик.
геолог, в 1911 г. СПБ, 1913.
80. Подземные воды Азиатской части СССР. Составили: Буренин, Бутов,
Васильевский, Зеленин, Пресняков, Тарлецкий, Толстихин и др. Москва, 1932.
81. Плотников Н. А. Северо-Украинская мульда. ПТУ, Москва, 1934.
82. Плотников Н. А. Расчет ресурсов подземных вод по методу деп-
рессиошгых воронок. Водоснаб. и сан. тех. 1936.
308

83. Плотников Н. А. Классификация ресурсов подземных вод для
целен водоснабжения и методика их подсчета. Госгеолиздат» 1946.
84. Плотников И. А. Захват подземных вод. 1938.
85. Пономарев В. М. Вечная мерзлота и рудничные воды в Арктике.
Совет. Аркт., № 4, 1936-
86. Пономарев В. М. Гидроі оологический очерк Амдерминского р-на
Главсевморпуть, Горн.-геол. управ, вып. I, Ленинград, 1937.
87. Пригоровскии М. М. Артезианские воды русской равнины. Изв.
Геол. ком. 1922 г., № I. Ленинград, 1922.
88. Приклонский В. Л. Гидрогеологический очерк Мнльской степи,
Тифлис, 1930.
89. Приклонский В. А. Изучение физических свойств и химического
состава подземных вод. ОНТИ, Москва—Ленинград, 1935.
90. Приклонский В. А. Гидрогеологические исследования в
ирригационных районах. Тр. Моск. Геол.-развед. и-та им. Орджоникидзе, т. VI,
Москва—Ленинград, 1937.
91. Принц Е. Гидрогеология. Сельколхозгиз, Москва—Ленинград, 1932.
92. П р и н ц Е. и К а м п е Р. Гидрогеология. Ч. II — Источники. Сельхоз-
гиз. Москва, 1937.
93. Р и х е р т И. Г. Подземные воды и в частности подземные воды
Швеции. Киев, 1914.
94. Рождественский Е. Д. Полевой химический анализ воды и се
оценка для различных целей. Ч. II, вып. 39, Ташкент, 1937.
95. Розанов А. М. Почва глинистых пустынь и орошаемых районов в
Средней Азии. АН СССР, Москва—Ленинград, 1939.
96. С а в а р е н с к и й Ф. П. Гидрогеологический очерк Заволожья. Тр.
ЕГРУ, вып. 44 (1—61). Москва—Ленинград. 1931.
97. С а в а р е н с к и й Ф. П. Гидрогеологический очерк Муганской степи.
Тифлис, 1931.
98. Саваре некий Ф. П. Гидрогеология. ОНТИ НКТП СССР, Москва-
Ленинград, 1933.
99. Сборник методических инструкций для гидрогеологических работ при
глубоком роторном бурении. Госгеолиздат, Москва,— Ленинград, 1941.
100. Семенов А. С. Методика электроразведочных работ под
гидросооружения. ОНТИ НКТП СССР. Москва—Ленинград, 1936.
101. Семихатов А. Н. Подземные воды СССР. Ч. I, Москва, 1934.
102. Сергеев А. С, Беляев Д. Д. Инструкция для гидрогеологических
наблюдений и документации в шахтах Подмосковного бассейна в связи с
работами по осушению. ОНТИ НКТП СССР, Москва—Ленинград, 1936.
103. С и л и н-Б е к ч у р и н А. И. Курс специальной гидрогеологии для
техникумов. Москва—Ленинград, 1937.
104. Синцов. О буровых и копаных колодцах казенных винных складов.
Зап. Мин. об-ва, серия 2, т. 40—48. 50.
105. С к а б а л л а н о в и ч И. А. Изменение горизонта грунтовых вод при
подпоре воды в реке. Тр. Ин-та гидротех. и мелиор., т. XIV. Москва, 1935.
106. Славянов Н. Н. Эквивалентная форма выражения анализов воды и
ее применение; Изд. Геол. ком., Ленинград, 1929.
107. Славянов Н. Н. Подземные воды СССР. Прилож. к книге Кейль-
гака «Подземные воды». Москва—Ленинград, 1935.
108. С лихтер. Подземные воды. СПБ, 1912.
109. Сойка И. Колебания грунтовых вод преимущественно в Средней
Европе (Реферат А. Тилло). Изв. геогр. об-ва, т. 27. в. VI, 1892.
110. Соколов Н. Гидрогеологические исследования в Херсонской губ. Тр.
Геол. Ком., т. XIV, № 2, СПБ.
111. Сукачев В. Н. Болота их образование, развитие, свойства. 1915.
112. Су лин В. А. Воды нефтяных месторождений СССР. Москва, 1933.
113. Сумгин М. И., Качурин С. П., Тол стихии М. И., Ту мель
В. Ф. Общее мерзлотоведение. АН СССР, Москва—Ленинград, 1940.
114. Сурин А. А. Водоснабжение. Ч. I — Вода и водосборные
сооружения. Изд-во Кубуч, Ленинград, 1926.
115. Толстихин Н. И. Подземные воды Забайкалья и их
гидролакколиты. Тр. Ком. по изуч. веч. мерзл., т. I (29—50), АН СССР, 1932.
309

116. Толстихин Н. И. К вопросу о провинциях минеральных вод в
СССР. Записки Лен. гор. ин.та, т. 12, вып. 2. ГОНТИ, Ленинград—Москва, 1939.
117. Толстихин Н. И. Об одной детализации классификации Пальмера
и о нумерации вод. Зап. Лен. гор. и-та, т. 12, вып. 2. ГОНТИ, Ленинград-
Москва, 1939.
118. Толстихин Н. И. Подземные воды мерзлой зоны литосферы. Гос-
геолиздат, 1941.
119. Толстой М. П. К вопросу о рассолах поДземных вод Донбасса. Разв.
недр № 4, 1940.
120. Троянский С. В. Объем и содержание гидрогеологических
исследований для крупного водоснабжения и различные этапы проектирования.
Водные богатства недр земли на службу социал. стр-ва. Вып. 8, сект,
орган. НКТП. Геолразведка, Москва, 1938.
121. Троянский С. В., Б е л я е в Д. Д. Методика проектирования
осушения на шахтах Подмосковного угольного бассейна. Вып. 5. ГОНТИ, Москва —
Ленинград, 1939.
122. Урысон В. О. и Егоров Б. Д. Геофизические разведки
минеральных вод в районе курорта Большие Соли. Изв. Моск. геол. упр., 1937.
123. Ферсман А. Е. Геохимия России. Петроград, 1922.
124. Ферсман А. Е. Геохимические и минералогические методы поисков
полезных ископаемых. АН СССР, Москва—Ленинград, 1939.
125. Хитаров Н. И. и Муликовская Е. П. К геохимии рудничных
вод сульфидных месторождений. Проб, совет, геолог., № 8, 1935.
126. Храмушев А. С. Исследования водоносности пластов одиночными
выработками. Москва—Ленинград, 1940.
127. Храмушев А. С. Гидрогеологическая классификация трещиновато-
сти горных пород. Сов. геол. № 4. Москва, 1941,
128. Черкасов А. А. Гидротехнические мелоирации. Сельхозгиз,
Москва, 1936.
129. Чернышев М. Я. Водоснабжение в вечной мерзлоте. Москва. 1933.
130. Шев яков Л. Д. Рудничный водоотлив. Харьков, 1936.
131. Шмидт М. Закономерности режима грунтовых сод Узбекистана. Мат.
по гидрогеол. и инж. геол. Узбек. 1935.
132. Штильмарк В. В. Краткий очерк гидрохимических полей
минеральных вод в Европейской части СССР, Сб. тр. Горьк. физиотер. ин-та, в. 2, 1938.
133. Щеголев Д. И., Толстихин II. И. Подземные „воды в
трещиноватых породах. Гостоптехиздаі, Ленинград—Москва, 1939.
134. Щеголев Д. И. Вопросы гидрогеологии рудника. Госгеолиздат,
Москва—Ленинград, 1940.
135. Щеголев Д. И. и Толстихин II. И. Трещинные воды.
136. Щелкачев В. Н. Пыхачев Г. Б. — Интерференция скважин и
теория пластовых водонапорных систем. Баку, 1939.
137. Щелкачев В. П. Основы подземной нефтяной гидравлики. Гостоп¦
техиздат, Москва—Ленинград, 1945.
138. Meinzer О. Е. fhe occurrence of ground water in the United States
Water-Supply paper 489. Waschington, 1923.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Введение : 5
§ 1. Краткий обзор развития задач поисково-разиедочного дела в гидро ¦
геологии . °
§ 2. Содержание и стадии гидрогеологических поисков и разведок . 9
Г л а в а I.
Учение о генетических типах подземных вод, как основа гидрогеологических
поисков
§ 3. Понятие о генетических типах вод и о .процессах их формирования . 11
§ 4. Процессы формирования и химический состав вод выщелачивания . 14
§5. Формирование грунтовых вод в условиях континентального засоления 20
§ 6. Подземные воды морского генезиса . 2 6
§ 7. Значение знания закономерностей генезиса подземных вод для
обоснования гидрогеологических поисков и разведок 33
Г л а в а П.
Значение тектоники и геоморфологии для выявления мест накопления ресурсов
подземных вод
§ 8. Подразделение типов подземных вод по условиям залегания
водоносных толщ 36
§ 9. Типы артезианских бассейнов, впадин, платформ Jtf
§ 10. Артезианские бассейны межгорных впадин и синклинальных
структур горных сооружений 42
§11. Грунтовые воды речных долин 46
§ 12. Грунтовые и напорные воды в ледниковых образованиях и древних
доледниковых долинах 48
§ 13. Водоносные галечники междугорных долин 51
§ 14. Воды междугорных низменностей 53
§ 15. Воды карстовых областей 59
Глава III.
Гидрогеологические съемки, как метод первоначальных поисков подземных вод
§ 16. Задачи и содержание гидрогеологических съемок 61
| 17. Изучение источников в процессе гидрогеологических съемок . . 63
§ 18. Типы источников и значение их для изучения гидрогеологических
условий местности. Восходящие источники, как поисковый признак
на артезианскую воду 67
$ 19. Южная часть Общего Сырта, как пример влияния тектоники на
выходы источников 7ti
зц

§ 20. Обследование колодцев и буровых на воду скважин 791
§ 21. Описание рек, озер и других поверхностных водоемов. Наблюдение
за поверхностным стоком 80'
§ 22. Гидрогеологические карты и гидрогеологическое районирование . . 85
Глава IV.
Основные вопросы разведочного бурения на воду и геофизические разведки для
гидрогеологических целей1
§ 23. Основные методические вопросы в деле постановки бурения на воду 95
§ 24. О применимости различных способов бурения к разведке подземных
вод 95
§ 25. Гидрогеологические наблюдения и документации при разведочном 96
бурении *
§ 26. Опробование дебита скважин откачкой 98-
§ 27. Организация разведочного бурения на воду 99-
§ 28. Применение геофизических методов к разведке подземных вод . 101
Глава V.
Изучение режима подземных вод
§ 29. Характеристика режима основных типов подземных вод .... 213-
§ 30. Режим грунтовых вод водораздельных местностей, формирующийся
под влиянием атмосферных факторов . . 115-
§ 31. Режим грунтовых вод в прибрежной зоне, создающийся под
влиянием колебаний уровня реки 121
§ 32. Режим источников 124
§ 33. Гидрохимический режим подземных вод 125
§ 34. Режим подземных вод под влиянием искусственных или
технических факторов 126
§ 35. Организация наблюдений за режимом подземных вод . . 12&
Глава VI
Разведка подземных вод в целях их использования для водоснабжения
§ 36. Основные принципы установления объема и содержания
гидрогеологических исследований источников водоснабжения 134
§ 37. Оценка качества подземной воды, как источника питьевого
водоснабжения ,134
§ 38. Оценка качества воды для технических целей и промышленности 140
§ 39. Оценка агрессивности подземных вод по отношению к железу и
бетону 145
§ 40. Типы химических анализов вод, применяемых в различных стадиях
гидрогеологических исследований 152
§ 41. Определение количества потребной воды для водоснабжения . . 153-
§ 42. Подразделение гидрогеологических исследований источника
водоснабжения на этапы 158
§ 43. Принципы оценки ресурсов подземных вод на различные стадии
исследования 160
§ 44. Детальные исследования выходов подземных вод в виде источников
для использования их в целях водоснабжения 164
§ 45. Детальные гидрогеологические исследования грунтовых вод 166
§ 46. Определение ресурсов грунтовых вод откачкой - 169*
§ 47. Разведка артезианских вод 186
§ 48. Определение ресурсов артезианских вод 187
§ 49. Особенности гидрогеологического исследования источников
водоснабжения в условиях вечной мерзлоты 196
§ 50. Гидрогеологические данные для обоснования зон санитарной охраны
источников водоснабжения 20 L
312

I 'мим VII
ПОДНИМИ* МДМ « «f|№Mii tiMiM» ііі<ч»"іНіііМ§НН» II Д|іуГМ
§ Гіі I ид|инепл»мичггиие милгдомлннн и мш» модноря оі іиіфінмннчі
еких пнфумшшП . УОЛ
§ Ш. Пришн поди и сі|мимглміиг Hut липкий ..... *'0Н
§ Tilt. И»кугетін'иног понижение груш оных под. Принципы дгпстмии и
МГ'ЮДИКП р.К'ЧСПі 1ЮДОИОНИ IHTOJII.IIIJ ГИПГМ ГКШ1Ж1Ш .... '-'Ill
§ 54 Гидрогеологические данные, необходим no дли мроектиромимии иг
нуіттнешшгп понижении грунтоных иод 22^,
Глава VIII
Гидрогеологические исследования для осушения
^ 55. Види гидротехнических мелиорации в зависимости от водного
баланса в различных районах СССР 227
§ 56. Типы болот и роль подземных вод в заболачивании . ... 228
§ 57. Гидрогеологические условия применения различных видов
осушительных /мелиорации 233
Глава IX
Гидрогеологические исследования для ирригации
$ 58. Требования растений к водному режиму почв 242
§ 59. Влияние орошения на режим грунтовых вод и явления вторичного
засоления почв 247
§ 60. Состав гидрогеологических исследований для ирригации .... 257
Глава X
Рудничные воды
§ 61. Понятие о рудничных водах и задачи рудничной гидрогеологии. 264
§ 62. Величина и режим водопритока в горные выработки 266
§ 63. Обводнение горных выработок при участии поверхностных вод . . 274
§ 64. Прорывы плывунов в горные выработки 278
§ 65. Горные работы в условиях вечной мерзлоты 281
§ 66. Химический состав рудных вод 283
§ 67. Борьба с рудничными водами 286
§ 68. Гидрогеологические исследования и гидрогеологическая служба на
рудниках 289
Глава XI
Подземные воды нефтяных месторождений
§ 69. Распределение подземных вод в нефтяных месторождениях, их
взаимоотношение с нефтью и классификация 297
§ 70. Химический состав нефтяных вод 299
§ 71. Обводнение нефтяных месторождений в процессе экешюатации . . 301
Литература 306

ОПЕЧАТКИ

Страница
20
20
24
Строка
і
Табл. 2.
графа 2
Табл. 2,
графа 6
Табл. 3,
графа 2
51 | 20 снизу
62 | 15—16
! снизу
65
и 66
75
99
117
124
128
130
144
146
192
1%
219
222
258
Г. II.
15 снизу
8* сверху
24 снизу
15 снизу
10 снизу
14 снизу
23 сверху
7 сверху
8 снизу
Табл. 18,
графа 2
3 сверху
5 снизу
21 сверху
КмеискяЙ.
Напечатано
(Софья) гора
свой S04
Г:1626
элювиальных
с выветриванием
Следует читать
(Софья) горизонт
своб. S04
Г: 1,625
аллювиальных
с тектоникой
выветривания
Последний абзац «а стр. 65 и первую строку
стр. 6о читать так: „Подсіавляя значение
ускорения силы тяжести 9,8 м\сек, мы
получим другое выражение расхода воды в
кубических метрах в секунду, здобвое для
вычислений:**
станции
Откачка
„.«и уже сравнительно
читать
Q-Qi/r4*
над
промежутков трубами
в виде
при перерасходе
2
тыс. м*
ЪХ$ или JKo=="l/ _,
R = 575,5
статистических \
станицы
Пробная откачка
короткое время* —не
Q-Q*—*
ПОД
промежутков между
трубами
в воде
при переходе
-і
тыс. мъ
**-/?.
R = 575.5
статических
По чьей
вине
автора
я
м
корректора
автора
авто ра
корректора
автора
¦
.
¦
корректора
я
ш
типографии.
корректора
автора
корректора
автора