Артезианская скважина

Артезианская скважина — это гидротехническое сооружение, предназначенное для добычи подземных вод из напорных водоносных горизонтов, залегающих между двумя водоупорными слоями (глиной, скальными породами). Ключевой особенностью артезианских скважин является то, что вода в них поднимается выше уровня водоносного пласта за счёт естественного гидростатического давления, а в некоторых случаях — изливается на поверхность (фонтанирует). Название происходит от французской провинции Артуа (лат. Artesium), где такие скважины начали активно бурить в XII веке.

Геологические условия формирования

Артезианские воды приурочены к артезианским бассейнам — крупным геологическим структурам, где водоносные пласты имеют синклинальное (чашеобразное) залегание. Вода поступает в пласт в области его выхода на поверхность (зона питания), расположенной на возвышенности. Просачиваясь через пористые породы (песчаники, известняки, трещиноватые скальные породы), вода заполняет весь пласт, создавая избыточное давление. В зоне разгрузки (пониженной части рельефа) при вскрытии пласта скважиной вода поднимается, а иногда и фонтанирует.

Для формирования артезианского бассейна необходимы три основных элемента:

Водоупорная кровля — верхний слой глины, плотных глин или мергеля, препятствующий проникновению воды из верхних горизонтов.
Водоносный пласт — проницаемая порода (песок, гравий, известняк, доломит), насыщенная водой.
Водоупорное ложе — нижний слой, не пропускающий воду вниз.

Глубина залегания артезианских горизонтов варьируется от нескольких десятков до нескольких сотен метров. В России крупнейшие артезианские бассейны расположены в Московской, Ленинградской, Воронежской областях, а также в Западной Сибири.

История

Первые артезианские скважины были пробурены в Китае более 2000 лет назад для орошения рисовых полей. В Европе технология получила развитие в XII веке во французской провинции Артуа, где монахи бурили скважины глубиной до 100 метров, используя ручные ударные механизмы. В 1126 году в городе Лилль была пробурена одна из первых фонтанирующих скважин.

В России артезианское бурение началось в XVIII веке. Первая артезианская скважина в Москве была пробурена в 1776 году на территории Кремля. В XIX веке бурение активно применялось для водоснабжения городов, железнодорожных станций и промышленных предприятий. К началу XX века в Санкт-Петербурге действовало более 200 артезианских скважин.

Классификация

Артезианские скважины классифицируются по нескольким признакам:

По глубине

Мелкие (до 50 м) — вскрывают верхние напорные горизонты.
Средние (50–200 м) — наиболее распространённый тип.
Глубокие (200–500 м) — используются для добычи минеральных вод.
Сверхглубокие (свыше 500 м) — применяются в геологоразведке и для промышленного водоснабжения.

По способу излива

Фонтанирующие — вода выходит на поверхность самотёком.
Нефонтанирующие — вода поднимается до определённого уровня, для подъёма на поверхность требуется насос.

По назначению

Питьевые — для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Технические — для промышленных нужд, орошения.
Минеральные — для бальнеологических целей (лечебные воды).
Геологоразведочные — для изучения геологического разреза.

Устройство и конструкция

Типовая конструкция артезианской скважины включает следующие элементы:

Устье — верхняя часть скважины, оборудованная оголовком и герметизирующим устройством.
Обсадная колонна — стальные или пластиковые трубы, предотвращающие обрушение стенок скважины и изолирующие водоносный горизонт от вышележащих вод.
Фильтровая колонна — перфорированный участок труб в зоне водоносного пласта, оборудованный сетчатым или гравийным фильтром.
Затрубное пространство — промежуток между обсадными трубами и стенками скважины, заполняемый цементным раствором для гидроизоляции.
Насосное оборудование — для подъёма воды (в нефонтанирующих скважинах).

Диаметр скважин варьируется от 100 до 500 мм в зависимости от дебита (производительности) и глубины.

Технология бурения

Бурение артезианских скважин осуществляется несколькими методами:

Роторное бурение — вращательное разрушение породы долотом с промывкой скважины глинистым раствором. Наиболее распространённый метод для глубоких скважин.
Ударно-канатное бурение — разрушение породы падающим долотом. Используется для твёрдых пород и при бурении на воду в труднодоступных местах.
Шнековое бурение — бурение с помощью шнека (винтового конвейера). Применяется для неглубоких скважин в рыхлых породах.
Колонковое бурение — извлечение керна (образца породы) для геологического изучения.

После завершения бурения проводится прокачка скважины для удаления бурового раствора и загрязнений, а также опробование на дебит.

Качество воды

Вода из артезианских скважин отличается от грунтовых вод (верховодки) и межпластовых безнапорных вод:

Высокая минерализация — содержание растворённых солей (кальция, магния, натрия, гидрокарбонатов) часто выше, чем в поверхностных водах.
Постоянство состава — химический и бактериологический состав стабилен в течение длительного времени.
Отсутствие загрязнений — артезианские воды защищены от поверхностного загрязнения водоупорными слоями, поэтому не содержат патогенных микроорганизмов и токсичных веществ антропогенного происхождения.
Повышенное содержание железа и марганца — характерно для многих артезианских горизонтов, что требует дополнительной водоподготовки (обезжелезивания).

В зависимости от химического состава артезианские воды могут быть пресными (до 1 г/л), солоноватыми (1–10 г/л) или солёными (свыше 10 г/л). Некоторые горизонты содержат лечебно-столовые и минеральные воды (например, «Ессентуки», «Боржоми»).

Применение

Артезианские скважины используются в следующих сферах:

Централизованное водоснабжение — крупные города (Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург) частично обеспечиваются водой из артезианских горизонтов.
Индивидуальное водоснабжение — частные дома, коттеджные посёлки, дачные участки.
Промышленность — пищевая, химическая, металлургическая отрасли.
Сельское хозяйство — орошение, животноводческие комплексы.
Бальнеология — санатории, курорты (например, Кавказские Минеральные Воды).
Геотермальная энергетика — использование термальных артезианских вод для отопления.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Высокое качество воды (защита от загрязнений).
Стабильный дебит (производительность) в течение длительного времени.
Возможность получения воды без использования насосов (фонтанирующие скважины).
Долговечность (срок службы до 50 лет и более при правильной эксплуатации).

Недостатки

Высокая стоимость бурения (от нескольких сотен тысяч до миллионов рублей).
Необходимость получения лицензии на пользование недрами (для скважин глубиной более 30–50 м в зависимости от региона).
Возможное ухудшение качества воды при нарушении герметичности обсадной колонны.
Риск истощения водоносного горизонта при чрезмерном водоотборе.
Необходимость регулярного обслуживания (чистка, ремонт, замена насосного оборудования).

Правовое регулирование в России

В Российской Федерации бурение артезианских скважин регулируется Законом «О недрах» (№ 2395-1 от 21.02.1992) и Водным кодексом РФ. Для бурения скважины глубиной более 30–50 м (в зависимости от региона) требуется:

Получение лицензии на пользование недрами (сроком до 25 лет).
Разработка проекта геологического изучения и добычи подземных вод.
Государственная экспертиза запасов подземных вод.
Регистрация скважины в государственном водном реестре.

Для бурения неглубоких скважин (до 30 м) на воду для собственных нужд лицензия не требуется, но необходимо соблюдение санитарных норм (СанПиН 2.1.4.1175-02). Нарушение правил бурения и эксплуатации влечёт административную и уголовную ответственность.

Экологические аспекты

Эксплуатация артезианских скважин может приводить к негативным последствиям:

Истощение водоносных горизонтов — при превышении естественного восполнения запасов.
Оседание земной поверхности — в районах интенсивного водоотбора (например, в долине реки Сан-Хоакин в США).
Загрязнение подземных вод — при нарушении герметичности скважин или утечках с поверхности.
Влияние на речной сток — снижение уровня грунтовых вод может уменьшать питание рек и ручьёв.

Для минимизации экологического ущерба применяются меры: ограничение водоотбора, мониторинг уровня подземных вод, внедрение систем оборотного водоснабжения, рекультивация земель после ликвидации скважин.

Интересные факты

Самая глубокая артезианская скважина в мире — Кольская сверхглубокая (12 262 м), пробуренная в Мурманской области в 1970–1994 годах, хотя её основным назначением было геологическое изучение, а не водоснабжение.
В Австралии существует крупнейший артезианский бассейн — Большой Артезианский бассейн, занимающий площадь около 1,7 млн км².
В некоторых регионах (например, в Сахаре) артезианские воды являются единственным источником пресной воды для населения и сельского хозяйства.
В Москве артезианские скважины используются с XVIII века, и до сих пор около 10% водоснабжения города обеспечивается подземными водами.

Источники

Закон Российской Федерации «О недрах» от 21.02.1992 № 2395-1.
Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 № 74-ФЗ.
СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников».
«Гидрогеология СССР» / под ред. А. А. Карцева. — М.: Недра, 1970.
«Артезианские воды и их использование» / В. М. Шестаков. — М.: Изд-во МГУ, 2003.
«Бурение скважин на воду» / Ю. А. Овчинников. — М.: Недра, 1985.
«Подземные воды России: состояние и использование» / Министерство природных ресурсов и экологии РФ. — М., 2020.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →