В. Я. Петруша, П. А. Личевский. Опыт изучения подземных вод в связи с задачами сельскохозяйственного водоснабжения в орошаемых районах Ростовской области

Ростовская область - это крупный в РСФСР район орошаемого земледелия. В ее южных районах расположены Азойская, Багаевско-Садковская, Нижне-Донская, Пролетарская и Верхне-Сальская оросительные системы. Проектируются Цимлянская, Приморская и ряд других систем. В последние годы здесь также получило широкое развитие орошение земель на базе использования местного стока поверхностных вод (Песчанокопский, Неклиновский и другие районы).

В настоящее время площадь орошаемых земель составляет свыше 192 тыс. га, а к 1975 г., согласно схеме, разработанной институтом «Южгипроводхоз», она должна увеличиться почти вдвое. Для орошения используются воды рек Дона и Кубани, для чего создан ряд крупных водохранилищ и магистральных каналов.

Несмотря на наличие водохранилищ и густой сети магистральных и оросительных каналов, воды водохранилищ и каналов не могут рассматриваться как источник сельскохозяйственного водоснабжения: первые - вследствие подверженности поверхностному загрязнению, вторые - еще и по причине функционирования лишь в теплый период года.

Поэтому основную роль в сельском водоснабжении играют подземные воды: для большинства населенных пунктов они являются единственно возможным источником.

В данной статье авторы преследуют цель кратко осветить опыт Волго-Донского геологического управления в изучении подземных вод для решения практических вопросов сельского водоснабжения в периоде 1962 по 1970 гг.

Для территории области характерна повышенная (1-3 г/л) минерализация подземных вод, неглубоко залегающих водоносных горизонтов (аллювиальных отложений, неогена, палеогена и верхнего мела) и более высокая минерализация подземных вод, содержащихся в отложениях карбона.

Вследствие этого, а также из-за недостаточной гидрогеологической изученности территории, решение вопросов сельского водоснабжения, как правило, сопряжено со значительными трудностями. С 1960 г. Волго-Донским территориальным геологическим управлением начато планомерное изучение гидрогеологических условий южных районов области. Первым этапом этих работ явилась гидрогеологическая съемка. Преследовалась такая цель: выявить площади развития подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения, изучить условия формирования их ресурсов и химического состава выделить участки для строительства водозаборных скважин и оценить эксплуатационные запасы по категории С₁.

В связи с высокой минерализацией вод палеогеновых и более древних отложений при заложении картировочных скважин основное внимание уделялось вскрытию и опробованию водоносных горизонтов донского аллювия и неогеновых отложений. Учитывались следующие факторы: приуроченность подземных вод к рыхлым отложениям (пески, супеси и суглинки); сравнительно небольшие глубины скважин (до 100 м); наличие площадной и вертикальной зональностей; безнапорность водоносных горизонтов и связанную с этим невозможность полной декольматации стенок скважин и фильтров после бурения вращательным способом с применением глинистой промывки. Для бурения картировочных гидрогеологических скважин был принят в качестве основного ударно-канатный способ с применением буровых станков УКС-22М.

Для изучения водоносных горизонтов палеогена, верхнего мела и карбона, залегающих в изучаемых районах на глубинах более 100 м, скважины бурились вращательным способом станками УРБ-ЗАМ с промывкой глинистым раствором. Указанный способ бурения требовал больших затрат времени на подготовку скважин к опробованию водоносных горизонтов откачками. При этом для декольматации стенок скважин и фильтров применялись различные известные способы: тартание желонкой, свабирование, прокачка эрлифтом, зафильтровая промывка чистой водой. Однако ни один способ не обеспечивал полной декольматации. Как правило, дебита скважин при опробировании упомянутых выше горизонтов были заниженными в несколько раз, а следовательно, заниженными получались и величины коэффициентов фильтрации.

Общеизвестна малая эффективность вращательного бурения с промывкой скважин глинистым раствором. Однако применение этого способа для изучения глубоких водоносных горизонтов оправдывается отсутствием обсадных труб нефтяного сортамента, необходимых для ударного бурения, и неотложностью изучения гидрогеологических условий южных районов Ростовской области.

Все пройденные картировочные гидротеологические скважины опробовались пробными откачками, а скважины, расположенные вблизи населенных пунктов колхозных и совхозных животноводческих ферм и вскрывавшие подземные воды с минерализацией до 2 г/л, опробовались опытными откачками.

Для производства пробных и опытных откачек применялись эрлифгные установки, штанговые и электрические погружные насосы. Наиболее эффективным в отношении качества опытно-фильтрационных работ оказалось применение погружных электрических насосов марок АП6 и ЭЦВ-6. Последние позволили проводить откачки с направленным режимом (с устойчивым заданным дебитом).

Помимо проведения маршрутных гидрогеологических исследований, бурения и опробования откачками картировочных гидрогеологических скважин, для оценки гидрогеологических условий изучаемых площадей широко использованы данные бурения и эксплуатации скважин на воду, сооружаемых строительными организациями «Промбуреод» и «Ростовсовхозводстрой».

Проведенная гидрогеологическая съемка позволяла составить кондиционные гидрогеологические карты масштаба 1:200000 для площади 21865 км², выявить основные водоносные горизонты, оконтурить площади развития подземных вод с минерализацией до 1 г/л, от 1 до 2 г/л, а в районах с пестрой минерализацией от 1 до 3 г/л.

По результатам съемки, для заснятых площадей произведена оценка эксплуатационных запасов подземных вод с минерализацией до 1,5 г/л по категории C₁ для площади каждого хозяйства, а также рекомендованы участки, перспективные для заложения одиночных эксплуатационных на воду скважин. Для подсчета запасов были применены гидродинамический и гидравлический методы.

Следует отметить, что в сложной гидрогеологической обстановке территории юга Ростовской области, существующие гидрогеологические карты часто не позволяют решать вопросы конкретного выбора мест заложения эксплуатационных скважин, по этой причине они закладываются как разведочно-эксплуатацнонные. В данных условиях более надежной основной явилась бы съемка 1:100000, а для особо сложных районов (долина р. Маныч, западная и юго-западная часть Ергенинской возвышенности, долина р. Дон) - съемка масштаба 1:50 000.

Возрастающая потребность в подземных водах для сельского водоснабжения, появившиеся в последние годы материальные возможности строительства в селах водопроводов и осуществление централизованного водоснабжения требуют дальнейшего более детального изучения ресурсов подземных вод области, выявления участков, перспективных для строительства групповых водозаборов подземных вод и оценки их эксплуатационных запасов по категориям А и В.

Гидрогеологические работы для сельского водоснабжения следует продолжить в таких направлениях:

1) провести гидрогеологические съемки перспективных плош,адей в масштабе 1:50 000;

2) разведать участки, подземных вод для обеспечения эксплуатационными запасами строительства водозаборов централизованного водоснабжения районных центров, центральных усадеб совхозов и колхозов;

3) изучить возможности использования для хозяйственно-питьевого водоснабжения инфилътранионных приканальных вод в районах прохождения магистральных и оросительных каналов.

Для успешного решения названных задач следует шире применять ударно-механический способ бурения, а также совершенствовать технологию вскрытия и раскольматацил водоносных горизонтов при вращательном бурении. Для этого можно рекомендовать использование меловых растворов, с последующей кислотной обработкой скважин, взамен широко применяемого в настоящее время бурения с глинистым раствором.

Придавая большое значение выбору типа фильтров, устанавливаемых в скважинах, авторы считают, что в условиях Ростовской Области в скважинах ударного бурения, вскрывающих подземные воды, приуроченные к разнозерн истым пескам, необходимо устанавливать сетчатые фильтры, в мелко-и тонкозернистых - гравийные фильтры; в скважинах вращательного бурения - сетчатые фильтры с последующей кислотной обработкой скважин.

В скважинах, вскрывающих подземные воды в мелах и мергелях, наиболее эффективными являются щелевые и каркасные фильтры, обладающие весьма высокой скважностью.

Значительно повысить эффективность вращательного бурения при исследовании глубоких горизонтов можно путем вскрытия водоносных горизонтов малыми диаметрами с последующей разбуркой скважины диаметром, соответствующим диаметру устанавливаемого фильтра. Фильтр при этом целесообразно устанавливать гидравлическим способом (посадка размывом).

При залегании подземных вод на глубинах до 100 м рекомендуется бурить скважины больших диаметров обратно-вса-сывающим способом. Как известно из литературных истопников, этот способ получил широкое распространение в зарубежных странах (ФРГ, Канада, Югославия и др.).

В последние годы обратно-веасывающий способ бурения на воду успешно применяется на Украине (Черкасская и Херсонская экспедиции Мелиоводхоза). В 1970 г. был проведен опыт бурения таким способом и Волго-Донским территориальным геологическим управлением. Для бурения обратно-всасывающим способом был приспособлен станок УРБ-ЗАМ. Первая скважина глубиной 30 м и диаметром 190 мм, пробуренная этим способом, позволяет считать, что в условиях области применение обратно-всасывающего бурения позволит устанавливать в скважинах фильтры больших диаметров (в том числе и гравийные), получать дебиты в несколько раз большие по сравнению с дебитами скважин ударного бурения, обеспечить длительную работу скважин без ремонта, значительно сократить расход дефицитных, дорогостоящих обсадных труб.