Межпластовые восходящие воды

30 марта

В некоторых случаях вода, проникшая в межпластовый водопроницаемый горизонт, не имеет выхода. Это может случиться, если системы водоупорных и водопроницаемых слоев залегают мульдообразно. Тогда в них, начиная с замка или с центральной части мульды, происходит накопление воды, что вызывает гидростатический напор.

Примерами подобного залегания водоносных горизонтов являются Подмосковная впадина и Русско-Украинская мульда (Днепровско-Донецкая).

Вода может оказаться под гидростатическим напором при фациальном изменении литологии водоносного слоя в горизонтальном направлении от крупнозернистого до мел- коземистого. Такое фациалыюс изменение наблюдается в прибрежных отложениях некогда существовавших мор­ских бассейнов. В прибрежных областях морей обычно происходит по направлению в глубь бассейна довольно быстрая смена крупнозернистого материала, отлагающе­гося по дну вблизи берегов более мелким, причем крупно­зернистые пески сменяются мелкозернистыми и далее пере­ходят в илы. Илы для воды уже водоупорны, поэтому вода, поступившая из области питания в крупнозернистый мате­риал, постепенно передвигается в сторону мелкоземистого и все более водоупорного материала и далее свободного выхода не находит: происходит накопление воды в водо­носном пласте. Вода, не имеющая выхода, оказывается под гидростатическим давлением масс воды, стекающих из расположенной выше области питания. Если вскрыть кровлю такой воды буровым колодцем, она устремится в него, и если область питания лежит значительно выше, чем то место, где расположен колодец, вода может вылиться даже на поверхность земли. Такая вода носит название восходящей, самоизливающейся, напорной, или артезиан­ской.

Напорные подземные воды встречаются и в сухих дель­тах (конусах выносов) предгорных шлейфов. Примером артезианских вод этого типа геологических образований может служить район г. Коканда, располагающийся в окраинной части сухой дельты р. Соха в Ферганской котловине. Здесь имеется много десятков фонтанирующих буровых колодцев.

Восходящие воды, поступающие на поверхность в виде источников, часто термальных, наблюдаются в районах тектонических сбросов. В подобных условиях эксплуати­руется межпластовая вода буровыми скважинами в районе г. Ашхабада. Однако такие восходящие воды многие избе­гают называть артезианскими, так как здесь характер геологической структуры иной, чем в типичных артезиан­ских бассейнах, примеры которых приведены выше.

Наименование «артезианские» воды происходит от наз­вания французской провинции Артуа, которая в древ­ности называлась Артезиа. Там впервые в Западной Европе стали получать при помощи трубчатых колодцев фонтанирующую воду . Из этой местности искусство получения напорной воды распространилось по Западной Европе. За водоносным слоем, дающим восходящую воду, сохранилось название артезианского водоносного слоя, и колодцы, которые добывают эту воду, также получили название артезианских колодцев.

Не следует думать, однако, что получение подземной фонтанирующей воды из колодца в Артезии было первым случаем получения самоизливающейся воды. Фонтанирую­щие колодцы были известны еще задолго до нашей эры. Так, например, известны случаи получения напорной самоизливающейся воды из колодца на Синайском полу­острове. Там такой колодец был сооружен бежавшими из Египта иудеями. В разные времена также до нашей эры сооружались подобные колодцы и на территории, занимаемой в наше время Ираком и Ираном. Однако све­дения об этих колодцах не распространялись далеко и оставались незамеченными. Получение самоизливающейся из колодца воды в Артезии — области, довольно густо населенной и нуждающейся в воде, привлекло внимание не только жителей этой области, но и жителей прилегаю­щих районов Франции и других стран. На территории Советского Союза первый колодец, давший самоизливаю- щуюся воду, был сооружен в Эстонии на побережье Финского залива в конце XVIII в.

При значительном гидростатическом давлении вода из трубчатого колодца небольшого диаметра бьет фонта­ном. В некоторых случаях фонтаны бьют на высоту до 30 м и более. Трубы-колодцы можно нарастить до такой высоты, что излияние прекратится. Таким образом, мы как бы замыкаем восходящий ток воды в трубы.

Предположим, что мы должны были для прекращения фонтанирования воды нарастить трубы до высоты 5 м. На трубы приделаем краны на высоте 4, 3, 2 и 1 м. Если пользоваться водой из этих кранов, мы получим в единицу времени разное количество воды. Наименьшее количество воды даст тот кран, который расположен на высоте 4 м — а л/сек, расположенный на высоте 3 м даст воды вдвое больше — 2а л!сек, следующий кран на высоте 2 м даст втрое больше — За л/сек, а кран на высоте 1 м вчетверо больше — 4а л/сек. Как указывалось выше, нарастание количеств извлекаемой из колодца грунтовой воды выра­жается параболической кривой. При извле­чении воды из напорного водоносного слоя нарастание расходов происходит однообразно; соединяя на аналогич­ном графике концы горизонтальных линий, отражающих величины а, 2а, 3а и т. д., мы получим наклонную прямую линию. Как крутизна параболы, так и крутизна прямой наклонной линии будет тем больше, чем меньше приток воды в эксплуатируемый колодец. Другими сло­вами, оценивая благонадежность отдельных напоров по гра­фическим построениям, мы можем сказать, что наиболее благоприятен для эксплуатации тот колодец, у которого наиболее полога параболическая кривая (грунтовый колодец) или наиболее полого наклонена прямая (напорный колодец).

График расхода артезианской воды при откачке из колодца

Если окажется, что воды, которую дает нам самый низко расположенный кран, недостаточно, мы можем опустить в колодец водоприемный рукав насоса и выкачать воды больше того количества, которое самоизливается на поверхность земли. При этом уровень воды в колодце опустится ниже уровня земли и тем больше будет понижаться, чем больше воды мы из него будем выкачивать. Однако из артезиан­ского колодца нельзя получать бесконечное количество воды. Настает время, когда вода в колодце совершенно исчезает, достигнув величины рас­хода (дебита) Q. Приходится прекратить откачку и дождать­ся восстановления уровня воды в колодце (это происходит очень быстро). Этот опыт дает нам возможность определить предел постоянной эксплуатации колодца, т. е. наиболь­шую практически допустимую величину его дебита. В даль­нейшем можно вести откачку воды из колодца, не допуская расхода воды до величины Q, а понижения уровня — до величины  Q/a.

Количество воды, которое может дать колодец при понижении в нем уровня на один метр, носит название удельной производительности или удельного дебита колод­ца. Удельная производительность разных колодцев различна. В артезианском колодце она зависит: 1) от мощности водоносного пласта, 2) от условий передвижения воды в нем, 3) от высоты залегания области питания артезиан­ского водоносного горизонта над тем местом, в котором мы забираем воду.

Продукция