Ретроспектива и современные тенденции гидрогеологических исследований

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ретроспектива и современные тенденции гидрогеологических исследований

гидрогеологический подземный вода пресный

Гидрогеологические исследования играют первостепенную роль при выявлении условий и возможностей использования подземных вод, степень освоенности которых и устойчивое использование, как правило, определяются особенностями природных, социальных и экономических условий страны.

При рассмотрении вопросов использования подземных вод основное внимание акцентируется на ресурсах пресных вод, которые имеют ключевое значение в производственных процессах различных отраслей экономики, служат для удовлетворения эстетических, духовных и физиологических потребностей человека. Глобальные проблемы качественного и количественного дефицита питьевой воды, возникновение заболеваний населения, связанных с влиянием водного фактора, придают пресным подземным водам статус стратегического ресурса.

На современном этапе наряду с пресными водами все шире в сферу деятельности человека вовлекаются воды, обладающие специфическими физико-химическими свойствами, которые могут быть использованы в качестве источника для извлечения полезных компонентов, выработки тепло- и электроэнергии, лечебных целей.

В связи с этим для наиболее полного и экономически целесообразного использования ресурсов подземных вод необходимо научное осмысление исторического опыта их освоения, изученности и использования.

В основу исследования положен исторический метод, опирающийся на анализ более 250 литературных источников.

Основные этапы зарождения и формирования научных представлений о подземных водах и развитие гидрогеологических исследований. В истории исследований подземных вод можно выделить три периода эволюции научных представлений.

Период зарождения первых представлений и накопления знаний о подземных водах (Древний мир - XVI в.). К этому периоду относится накопление первых знаний о природных водах в целом, связанных в основном с их практическим использованием. Прежде всего, это касалось поверхностных вод. Практические навыки добывания подземной воды, по-видимому, быстрее развивались в засушливых районах, где было мало поверхностных вод. Копаные колодцы глубиной в несколько десятков метров, сооружение которых относится к III-II тысячелетию до н.э., обнаружены на территории Египта, Средней Азии, Китая, Ирана, Индии и других стран.

Появление практических задач, связанных с водоснабжением, а также попытки их решения явились предпосылкой зарождения научных представлений о природе вод. Эти первые попытки были связаны с философскими трудами древнегреческих (Фалес, Платон, Аристотель, VII-IV вв. до н.э.) и древнеримских (Лукреций, Витрувий, I в. до н.э.) философов. В их научных трактатах содержатся основы научных представлений о происхождении поверхностных и подземных вод, их взаимосвязи, причинах накопления и движения, гидрологическом круговороте.

К концу первого тысячелетия существовали сведения и о минеральных водах, целебные свойства которых использовались для лечения древними греками и римлянами. Были выполнены первые попытки классификации минеральных вод и разработки методик лечения ими (Гиппократ, Плиний Старший). В этот же период закладываются основы гидравлики. К первым научным трудам того времени в этой области относится трактат Архимеда «О плавающих телах» (250 г. до н.э.).

Дальнейшему изучению подземных вод способствует расширение работ, связанных с водоснабжением, строительством каптажных сооружений, добычей соленых вод для выпаривания соли путем копания колодцев, а затем и при помощи бурения. Открытие в 1126 г. во французской провинции Артуа напорных (артезианских) вод способствовало формированию представлений о безнапорных и напорных водах. Осваиваются минеральные воды, лечебные свойства которых служат предпосылкой открытия первых курортов.

Попытки объяснения причин происхождения подземных вод, их роли в природных процессах, взаимосвязи поверхностных и подземных вод содержатся в трудах ученых XV-XVI вв. - Леонардо да Винчи, Г. Агриколы, Н. Стено, Б. Палисси.

Период формирования научных понятий и развития научно обоснованных представлений о подземных водах (XVII-XVIII вв.). В развитии научных основ о подземных водах особая заслуга принадлежит М.В. Ломоносову, Э. Мариотту, исследования которых положили начало углубленному изучению и систематизации химического состава вод как растворов, доказали инфильтрационное происхождение подземных вод.

Широкое развитие получают исследования в области гидравлики, связанные с изучением основных законов движения жидкости (А. Шези, Дж.Б. Вентури, Э. Торричелли, Б. Паскаль, М.В. Ломоносов, Д. Бернулли и Л. Эйлер.

Важное значение в изучении подземных вод на территории России имели экспедиционные исследования, проводившиеся на рубеже XVIII-XIX вв. Российской Академией наук под руководством И.И. Лепехина, С.П. Крашенинникова, П.С. Палласа, Н.П. Рычкова, В.Ф. Зуева и др., результаты которых были обобщены позже (1809 г.) в работе В.М. Севергина «Опыт минералогического землеописания Российского государства», в которой была дана первая классификация подземных минеральных вод по химическому составу и их региональное описание.

Период становления гидрогеологии как самостоятельной науки и ее дифференциация (XIX-XX вв.). К середине XIX в. происходит становление гидрогеологии как самостоятельной составной части геологической науки. Широкое развитие в этот период получает теория движения подземных вод. Наиболее значимые результаты в этом направлении связаны с научными исследованиями Г. Дарси, Ж. Дюпюи, Ж. Буссинеска, А. Тима, Ф. Форхгеймера, Ч. Слихтера, Н.Е. Жуковского в области изучения фильтрации подземных вод и гидравлических свойств пластов.

Расширяются исследования по изучению химического состава природных вод и их классификации (Ф. Кларк, Ч. Пальмер), форм выражения химического анализа воды (К. Тан, С. Аррениус, В. Оствальд и др.).

На протяжении XX в. изучение подземных вод носит систематический характер. Расширяются гидрогеологические исследования для целей централизованного водоснабжения городов и промышленных производств, создаются гидрогеологические учреждения, развивается гидрогеологическое картирование различного масштаба, расширяются исследования по выявлению и изучению новых видов минеральных вод и возможностей их использования в лечебных целях, а сама гидрогеология дифференцируется на многочисленные отрасли: общую гидрогеологию, региональную гидрогеологию, динамику подземных вод, гидрогеохимию и др.

Значительный вклад в развитие общей гидрогеологии внесли С.Н. Никитин, Б.Л. Личков, Н.К. Игнатович, И.К. Зайцев, Ф.Л. Макаренко, А.П. Виноградов, А.Ф. Лебедев, В.А. Сулин, А.Н. Бунеев, Ф.П. Саваренский, О.К. Ланге, Н.И. Толстихин, Г.Н. Каменский, А.М. Овчинников, Г.В. Богомолов и др. Результаты научных исследований позволили: классифицировать подземные воды по условиям залегания, классифицировать подземные воды мерзлой зоны литосферы, изучить гидрогеологическое строение артезианских бассейнов, классифицировать воды зоны аэрации и выявить закономерности их передвижения, заложить основы изучения проблем формирования грунтовых вод в засушливых областях, подойти к решению вопросов изучения подземных вод в связи с историей тектонических движений, процессов осадконакопления и диагенеза.

Важное значение для этого периода имело развитие региональных гидрогеологических исследований на территории России, которые связаны с именами Г.П. Гельмерсена, С.Н. Никитина, Н.Ф. Погребова, В.А. Наливкина, И.В. Мушкетова, П.В. Отоцкого, И.Ф. Синцова, Н.А. Соколова, Г.В. Абиха, А.Н. Огильви, А.П. Герасимова, Н.Н. Славянова, В.С. Ильина, А.Н. Семихатова, О.К. Ланге, Г.Н. Каменского, И.В. Гармонова, И.К. Зайцева, А.М. Овчинникова и др. В результате исследований впервые выполнены крупные обобщения по артезианским и грунтовым водам европейской части России, Урала, Сибири, Средней Азии, установлены контуры основных артезианских бассейнов, решены многие важные вопросы по условиям питания подземных вод верхних водоносных горизонтов, их взаимосвязи с поверхностными водами, созданы первые гидрогеологические карты, установлена географическая зональность грунтовых вод, изучены условия залегания и генезис минеральных вод Кавказа.

В XX в. благодаря исследованиям Н.Е. Жуковского, А.А. Краснопольского, Н.Н. Павловского, Г.Н. Каменского, Н.К. Гиринского, Н.Н. Веригина, В.М. Шестакова, В.С. Лукъянова, Н.И. Дружинина, В.А. Мироненко, И.К. Гавич и др. Дальнейшее развитие получают исследования в области динамики подземных вод (решение задач фильтрации и пределов применимости закона Дарси), гидрогеологического моделирования, гидродинамических методов оценки ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод.

Гидрогеохимическая отрасль гидрогеологии оформилась в 40-х гг. XX в. Значительный вклад в ее развитие, а именно в разработку геохимического подхода к водам земли, способов и форм выражения химического состава подземных вод, гидрохимических классификаций подземных вод, внесли: В.И. Вернадский, Н.С. Курнаков, С.Ф. Жемчужный, М.Г. Валяшко, Н.Н. Славянов, Г.А. Максимович, В.С. Садыков, С.А. Щукарев, К.В. Филатов, Н.И. Толстихин, В.А. Сулин, В.А. Приклонский, О.А. Алекин, М.Г. Курлов, В.В. Иванов, Г.А. Невраев, А.М. Овчинников и др.

Изучение и освоение подземных вод Беларуси. Изучение подземных вод Беларуси насчитывает более чем вековую историю, в которой обособляются ряд взаимосвязанных этапов развития научных исследований.

Этап начало XX в. - 1941 г. характеризуется первыми региональными исследованиями подземных вод. Гидрогеологические исследования данного этапа позволили установить отдельные закономерности распространения и химического состава подземных вод, количественно оценить их ресурсы, доказать роль грунтовых вод в процессах заболачивания земель, составить водный кадастр подземных вод, заложить основы изучения минеральных вод Беларуси (Е.В. Оппоков, И.Ф. Синцов, А.М. Жирмунский, Г.В. Богомолов, Л.М. Островский, П.В. Остапеня, Н.Ф. Блиодухо, Е.Н. Гиммельштейн, А.М. Жирмунский, М.Ф. Козлов и др.).

Этап 1945-1980-е гг. знаменуется широким развитием гидрогеологических исследований. Существенно расширены территории геолого-съемочных работ различных масштабов, включающие комплексную геолого-гидрогеологическую и инженерно-геологическую съемку для обоснования проектов мелиоративных работ, а также целевые поисково-разведочные работы по выявлению месторождений минеральных вод для строительства на их основе санаториев и курортов (В.И. Духанина, Л.М. Островский, С.А. Щербаков, Е.Н. Гиммельштейн, З.И. Жигоцкая, А.С. Кабанов, П.А. Леонович, Е.С. Шляппо, О.Н. Шпаков, Ю.С. Зубрицкий, В.И. Горбатенко, А.Я. Стефаненко, М.Ф. Козлов, А.П. Маркова и др.).

Расширяются исследования, связанные с изучением режима подземных вод и установлением закономерностей формирования эксплуатационных запасов и их подсчета, а также гидрохимические исследования по оценке формирования химического состава подземных вод в пределах промышленных районов и мелиорируемых земель (А.П. Лавров, С.С. Белецкий, С.П. Гудак, М.В. Фадеева, А.П. Суховеева, Р.А. Станкевич, М.М. Черепанский, В.И. Агафонов, В.И. Пашкевич, М.Ф. Козлов, Т.Д. Кривецкая, Я.М. Шилинская, В.И. Бучурин, Ж.А. Герасимова, Г.А. Колпашников, Г.Л. Фурсиков, К.И. Лукашев, В.А. Кузнецов, А.Л. Жуховицкая, А.А. Хомич, М.Т. Булавко и др.).

Получают развитие исследования минеральных вод с целью бальнеологического использования, выявления редких компонентов химического состава рассолов и решения проблем их использования (В.Г. Герасимов, Ж.А. Герасимова, А.В. Кудельский, Р.Г. Гарецкий, М.Г. Ясовеев, А.А. Махнач, А.П. Лавров, Л.И. Шаповал, С.П. Гудак, Г.Л. Фурсиков, А.Н. Лысенко, Л.А. Демидович, В.М. Шиманович и др.).

Для изучения влияния антропогенной деятельности на подземные воды активно внедряются электроаналоговые и численные виды моделирования (А.Х. Альтшуль, М.Ю. Калинин, П.Н. Костюкович, Р.А. Станкевич, В.И. Фоменко, В.С. Усенко, А.В. Баранов, А.Е. Злебова, В.А. Злотник, И.П. Кульбеда, К.А. Курило, Б.И. Коробейников, М.М. Черепанский).

Результаты региональных гидрогеологических исследований послужили основой разработки схем гидрогеологического районирования Беларуси (А.П. Лавров, С.П. Гудак, М.Ф. Козлов, Л.И. Шаповал, М.Г. Медведева, А.С. Кабанов, О.Н. Шпаков, М.Г. Ясовеев).

Этап с 1990-х гг. - до настоящего времени характеризуется продолжением исследований по изучению взаимосвязи формирования химического состава поверхностных и подземных вод в естественных и нарушенных техногенным воздействием условиях, установлением гидрогеологических закономерностей формирования подземных вод. Получают дальнейшее развитие исследования, основанные на моделировании гидрогеологических процессов численными методами с применением ЭВМ. Продолжаются исследования закономерностей распространения минеральных вод и возможностей их использования для лечебных целей, а также перспектив обнаружения новых видов минеральных вод. Результаты этих работ освещены в научных публикациях В.И. Агафонова, Г.А. Колпашникова, А.В. Кудельского, М.Г. Ясовеева, В.И. Пашкевича, В.Г. Жогло, К.А. Курило, М.Ю. Калинина, А.А. Федяева, В.С. Усенко, М.М. Черепанского, Ж.А. Герасимовой, Л.И. Шаповал, С.П. Гудака, М.А. Писарика, В.П. Музыкина, В.А. Кузнецова, Н.Н. Петуховой, М.П. Оношко, Л.М. Фоменко и других исследователей.

Современные тенденции гидрогеологических исследований. Проблемы дефицита и качества пресной воды, которые наиболее остро обозначились во второй половине XX в., предопределили современное развитие гидрогеологических исследований в большей степени ориентированных на удовлетворение социально-экономических потребностей в воде и в меньшей степени - на решение фундаментальных гидрогеологических проблем. В тоже время, современное состояние мировой экономики и ресурсная ограниченность подчеркивают необходимость поиска альтернативных источников сырья, определенные виды которого могут быть получены из подземных вод.

В данном контексте, с учетом гидрогеологических условий территории страны и исторического опыта изучения подземных вод, можно сформулировать следующие перспективные направления гидрогеологических исследований на территории Беларуси:

- усовершенствование существующих и разработка новых методов оценки ресурсов подземных вод питьевого назначения;

- разработка и внедрение в практику использования подземных вод критериев комплексной оценки влияния техногенной деятельности на ресурсы и качество пресных подземных вод;

- разработка математических моделей по оценке и прогнозу защищенности пресных подземных вод от загрязнения;

- внедрение медико-экологического мониторинга подземных вод питьевого назначения как составной части гидрогеоэкологического мониторинга;

- расширение исследований по изучению геолого-гидрогеологических условий формирования месторождений новых типов минеральных вод и перспектив их использования в бальнеотерапии;

- решение проблем оптимизации извлечения, эксплуатации и переработки рассолов и термальных вод.

В многовековой истории гидрогеологических исследований выделяется ряд этапов, характеризуемых последовательной сменой детальности изучения подземной гидросферы, что обусловливалось необходимостью решения практических задач водопользования, уровнем научного и технического развития общества.

Период формирования и развития научных представлений о подземных водах и законах их движения и взаимосвязи с горными породами приходится на период XVII-XVIII вв. В XIX в. накопленные научные знания о подземных водах приводят к формированию самостоятельной науки - гидрогеологии, которая в XX в., в связи с расширением круга научных и практических задач, дифференцируется на многочисленные отрасли.

Широкомасштабные гидрогеологические исследования на территории Беларуси относятся ко второй половине XX в., которые к началу XXI в. позволили получить огромный практический опыт и выполнить значительные теоретические обобщения по условиям и гидрогеологическим закономерностям формирования подземных вод в природных и техногенно-нарушенных условиях.

Перспективные направления развития гидрогеологических исследований должны сочетать решение фундаментальных и прикладных задач комплексной оценки подземных вод с учетом их устойчивого использования.

Размещено на Allbest.ru