Районы, благоприятные для эксплуатации подземных вод

Некоторые участки, благоприятные для эксплуатации подземных вод в условиях Арктики, схематично представлены на рис. 10.11 и 10.12. Зоны немерзлых пород (талики) у крупных водных объектов и водоносные горизонты, залегающие под многолетнемерзлыми породами, — наиболее надежные источники больших количеств воды. Там, где многолетнемерзлые породы имеют очень большую мощность, наиболее производительные водоносные горизонты могут находиться в мерзлом состоянии, и скважины в таких случаях следует бурить до коренных пород: иначе скважина, законченная в водоносном горизонте, насыщенном погребенными водами, даст воду плохого качества. Наиболее глубокая скважина, пройденная на Аляске в толще мощностью 603 фута, дающая питьевую воду, имеет дебит 45 галл/мин, причем почти вся эта толща сложена мерзлыми породами. По мере развития водоснабжения на таких территориях с большим числом скважин запасы подземных вод будут истощаться, так как при мощной непрерывной мерзлой толще питание их крайне затруднено.

Проще всего использовать подземные воды деятельного слоя во вторую половину лета и в начале зимы. Такой источник редко может обеспечить круглогодичное водоснабжение, хотя Седерстром описывает неглубокую скважину, пройденную под отапливаемым зданием в Коцебу на Аляске. Эта скважина дает воду из талика, образовавшегося под зданием, а также из окружающей толщи талых отложений, которая залегает между слоем зимнего промерзания и многолетнемерзлыми породами. Дренажные коллекторы мелкого заложения также используются в талых зонах у водотоков. Биологическая чистота таких вод, поступающих с небольшой глубины, всегда остается под вопросом, особенно вблизи малых населенных пунктов, где нет необходимых устройств для удаления отбросов.

А — скважина с малым сезонным дебитом, глубина скважины недостаточна для круглогодичной эксплуатации; Б — глубокая скважина в коренных породах с умеренным дебитом в течение всего года; В — неглубокая скважина с высоким дебитом в периоды активного питания подземных вод, дебит в конце лета может снижаться; Г — неглубокая скважина в коренных породах с малым, но постоянным дебитом; Д — глубокая скважина в коренных породах, не дающая воды, так как она еще не прошла многолетнемерзлые породы; Е — глубокая скважина в коренных породах, пройденная значительно глубже мерзлой толщи; дебит, вероятно, очень мал вследствие недостаточной водопроницаемости пород на большой глубине; Ж — неглубокая скважина с высоким дебитом около крупного водотока, в долине которого концентрируется геотермический поток. Заштрихованная часть разреза— зона сезонного промерзания и оттаивания (деятельный слой).

Талые зоны, по которым происходит питание гидролакколитов, могут быть благоприятны для эксплуатации подземных вод. Однако Мюллер приходит к заключению, что большая часть гидролакколитов относительно мало питается за счет подземных вод. Наиболее крупные потоки подземных вод разгружаются на поверхности в виде постоянно действующих родников и не накапливают ледяных масс в грунте. Такие родники образуют большие наледи на поверхности в наиболее холодное время года.

Условия проходимости и климата делают разведку и эксплуатацию подземных вод в Арктике наиболее трудными по сравнению со всеми другими географическими районами. Отдаленность территорий и леденящие ветры представляют только часть трудностей. Много проблем возникает при бурении в многолетнемерзлых породах. Ударно-канатное бурение может приостановиться вследствие примерзания обсадных труб к стенке скважины, поэтому рекомендуется продолжительное бурение без длительных остановок для опускания обсадных труб. Помогает также промывка скважины теплой водой, однако чрезмерное протаивание мерзлого грунта вокруг устья скважины вызывает опасное оседание грунта. Особенно это нужно учитывать при вращательном бурении. Бурение с очисткой скважины воздухом в зимнее время или с применением промывочных рассолов и глинистых растворов на нефтяной основе позволяет проходить участки многолетнемерзлых пород при температуре ниже температуры замерзания. Как только бурение скважины закончено, необходимо принять меры против нежелательного смерзания скважины и насоса, а также замораживания резервуаров и распределительных систем. Обогревательные змеевики и трубопроводы для подачи пара можно использовать, если есть гарантия от чрезмерного протаивания мерзлых пород. Менее дорогостоящий, обычно применяемый метод предотвращения замерзания скважины заключается в непрерывной откачке воды. Поскольку температура воды может быть на несколько градусов выше температуры замерзания, а теплоемкость воды и скрытая теплота плавления льда высоки, для предотвращения промерзания умеренно изолированных систем водоотбора необходимо совсем небольшое количество воды.