Артезианские воды и артезианские скважины¶

Артезианские воды — подземные воды, заключённые в водоносных пластах между водоупорными слоями горных пород и находящиеся под гидравлическим давлением. При вскрытии скважиной или буровой выработкой такие воды поднимаются выше уровня водоносного горизонта, а при достаточном давлении — изливаются на поверхность или фонтанируют. Термин происходит от названия французской провинции Артуа (лат. Artesium), где в XII веке были впервые широко применены самоизливающиеся колодцы.

¶Условия формирования

Для образования артезианских вод необходима определённая геологическая структура — артезианский бассейн. Он представляет собой чашеобразное или синклинальное залегание пластов горных пород, при котором водоносный горизонт перекрыт сверху и снизу водоупорными слоями (обычно глинами, плотными сланцами или мергелями). Область питания бассейна располагается выше области распространения напорных вод — на возвышенностях, где водоносный пласт выходит на поверхность или приближается к ней. Атмосферные осадки и поверхностные воды просачиваются здесь в пласт, создавая гидростатическое давление, которое передаётся по всему водоносному горизонту.

Различают области питания, напора и разгрузки артезианского бассейна. Разгрузка может происходить естественным путём — через родники, восходящие источники, или искусственно — через буровые скважины. Величина напора зависит от разницы высот между областью питания и точкой вскрытия горизонта. Если пьезометрический уровень (уровень, на который поднимается вода в скважине) находится выше поверхности земли, скважина фонтанирует; если ниже — вода поднимается лишь до определённой глубины.

¶Классификация и виды

По характеру залегания и циркуляции артезианские воды подразделяются на несколько типов. По условиям залегания выделяют пластовые артезианские воды, приуроченные к выдержанным по простиранию пластам, и трещинно-жильные, циркулирующие в зонах тектонических нарушений и трещиноватости скальных пород. По гидравлическому режиму различают собственно напорные воды и субартезианские, у которых пьезометрический уровень не достигает поверхности земли.

По химическому составу и минерализации артезианские воды делятся на пресные (до 1 г/л), солоноватые (1–10 г/л), солёные (10–35 г/л) и рассолы (свыше 35 г/л). Пресные артезианские воды обычно залегают на глубинах до 100–300 метров и широко используются для питьевого водоснабжения. На больших глубинах минерализация возрастает, а температура повышается; выделяют также термальные артезианские воды с температурой выше 20 °C, используемые для теплоэнергетики и бальнеологии.

¶Крупнейшие артезианские бассейны

На территории России и сопредельных государств расположены одни из крупнейших артезианских бассейнов мира. Западно-Сибирский артезианский бассейн занимает площадь около 3 миллионов квадратных километров и содержит огромные ресурсы подземных вод, включая термальные. Московский артезианский бассейн обеспечивает водоснабжение столичного региона; его водоносные горизонты приурочены к каменноугольным и девонским отложениям. Другими значительными бассейнами являются Причерноморский, Прикаспийский, Днепровско-Донецкий, а также артезианские бассейны Предкавказья и Восточной Сибири.

Крупнейшим артезианским бассейном в мире считается Большой Артезианский бассейн в Австралии, занимающий около 1,7 миллиона квадратных километров. Его воды, однако, в значительной степени минерализованы и пригодны преимущественно для водопоя скота.

¶Артезианские скважины и их устройство

Артезианская скважина — это буровая выработка круглого сечения, вскрывающая напорный водоносный горизонт. Конструкция скважины включает устье, ствол, обсадные колонны и фильтровую зону. Обсадные трубы (стальные или пластиковые) предотвращают обрушение стенок и изолируют вышележащие водоносные горизонты и загрязнённые зоны. Тампонаж затрубного пространства цементным раствором обеспечивает герметичность и санитарную надёжность.

Глубина артезианских скважин варьируется от десятков метров до нескольких сотен метров, в отдельных случаях превышая 1000 метров. Дебит (производительность) скважины зависит от фильтрационных свойств пласта, мощности водоносного горизонта и величины напора. Для подъёма воды при недостаточном естественном напоре применяются погружные насосы. Над устьем скважины сооружается оголовок с герметичной крышкой и контрольно-измерительной аппаратурой.

¶Применение и значение

Артезианские воды имеют важнейшее хозяйственное значение. Они используются для централизованного питьевого водоснабжения городов и посёлков, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, орошения земель. В отличие от поверхностных вод, артезианские воды лучше защищены от загрязнения: перекрывающие водоупорные слои препятствуют проникновению загрязнителей с поверхности, поэтому вода из глубоких горизонтов отличается высокой чистотой и стабильным химическим составом.

Минеральные и термальные артезианские воды применяются в бальнеологии и санаторно-курортном лечении. На базе таких источников работают многочисленные курорты — например, Кавказские Минеральные Воды, где используются напорные воды глубоких горизонтов. В ряде регионов термальные воды используются для отопления теплиц и жилых зданий (геотермальное теплоснабжение на Камчатке, в Исландии, Италии).

¶Экологические аспекты и проблемы

Интенсивная эксплуатация артезианских бассейнов приводит к снижению пьезометрических уровней и истощению запасов. В районах длительной откачки воды формируются депрессионные воронки, что может вызывать оседание земной поверхности. В прибрежных районах чрезмерный водоотбор провоцирует подтягивание морских вод и засоление пресных горизонтов.

Другой проблемой является загрязнение артезианских вод через старые бесхозные скважины, которые служат каналами для проникновения загрязнителей в глубокие горизонты. В связи с этим законодательство Российской Федерации требует лицензирования добычи подземных вод, государственного учёта скважин и соблюдения зон санитарной охраны вокруг водозаборов. Для рационального использования ресурсов ведётся государственный мониторинг состояния недр, устанавливаются лимиты водоотбора и проводятся мероприятия по искусственному пополнению запасов подземных вод.