Сурет. Қапшағай жасанды су қоймасы мен ГЭС

Каналдар – жерден қазылған, су ағатын жасанды құрылымдар. Олар кейде жүздеген километрлерге дейін созылады. Негізінен, халық шаруашылығында пайдаланылады, бірақ кейбір, санитарлық жағдайы жақсы, учаскелерінде, ауыз суы және халықтың демалуы үшін де қолданылады. Бұндай каналдардың бір мысалы -Үлкен Алматы каналы (ҮАК).

Біздің планетамыздағы судың едәуір бөлігі оның бетінің астыңда орналасқан. Оларды ерте кезден жер асты сулары деп атаған және қазір де осылай атайды, алайда, бұл суларға жер ішілік немесе топырақ астылық деген атаулар дәлірек болар еді. Бұл сулардың салыстырмалы түрде аз ғана бөлігі кішкене бұлақтар, таулы жерлердегі жылғалар немесе ыстық су булары атқылаған – гейзерлер түрінде жердің бетіне шығады. Ал олардың негізгі, біраз бөлігі жер қойнауында су өтпейтін қабаттардың арасындағы сырт көзге көрінбейтін қоймаларда, жер бетіне бір жерден жол тауып шыққанша немесе адам қолымен жасалған әрекеттердің әсерінен кеңістікке шыққанша, мыңдаған жылдар бойы жинақтала береді.

Көптеген ауылдық және қалалық елді мекендерді сумен қамтамасыз ету үшін, жер асты суларын пайдаланады. Олар негізінен, атмосфералық жауын-шашын суларының топырақ арқылы сүзіліп өтуі есебінен түзіледі; аз бөлігі - ашық су көздеріндегі (өзен, көл, жасанды су қоймалары, т.б.) судың арнасынан сүзіліп, өтуі нәтижесінде пайда болады.

Жер жыныстарының әр түрлі қабаттарынан бірті-бірте өтуі арқылы, су біртіндеп араласып жүрген заттардан, сонымен бірге микроорганизмдерден де тазарады және жыныстардың құрамындағы минералды тұздарды ерітеді. Сондықтан, бұл суларда араласқан заттар өте аз болады, яғни басқа су көздеріне қарағанда, суы таза, бірақ минералдану дәрежесі (тұздылығы) жоғары болуымен ерекшеленеді. Жер асты сулары, сол сияқты, дебітінің тұрақтылығы жоғары болғандықтан, сумен қамтамасыз етуді жеткілікті дәрежеде дәл жоспарлауға мүмкіндік береді.

Жер асты суларының жиналуы мен қозғалысы жыныстардың құрылысына байланысты, оларды суға қатысты су өткізбейтін және су өткізетін деп бөледі. Су өткізбейтін жыныстарға гранит, саз балшық, ізбестас, ал су өткізгіш жыныстарға - құм, қиыршық тас, малтатастар, жарықтары бар жыныстар жатады. Су, бұл жыныстардың жарықтары мен саңылауларын толтырады.

Жер асты суларының жоғарғы шекарасы әр түрлі тереңдікте болады - бірнеше метрден бірнеше ондаған және жүздеген метрге дейін жетеді. Бұл шекарадан төмен жатқан тау жыныстарының, мұнай-газ кен орындарындары бар жеке учаскелеріндегі мұнай мен газға толған саңылаулары мен жарықтарынан басқа, барлық дерлік саңылаулары мен жарықтары суға толған.

Жүргізілген есептеулер бойынша, континенттердегі жер қыртысының жоғарғы бес километрлік қабатындағы судын мөлшері 84,4•10⁶ км³. Оның 60•10⁶ км³ ауырлық күші әсерінен қозғалуға қабілетті, еркін қозғалатын (гравитациялық) су құрайды. Бүкіл жер қыртысында судын мөлшері - 1,5•10⁹ км³ шамасында, ол Әлемдік мұхит көлеміне тең (Кульский Л.А. және басқалар бойынша, 1982).

Жер асты сулары – қоршаған ортамен өзара тығыз қарым-қатынастағы аса күрделі динамикалық жүйе болғандықтан, пайдалану үрдісінде қайта қалпына келе алатын, пайдалы қазбалардың жалғыз ғана түрі болып саналады. Сондықтан жер асты суларының қоры статикалық (ғасырлық деп аталатын) және динамикалық (жаңарып отыратын) болып бөлінеді. Жер асты суларының пайдаланылатын қоры белгілі бір уақыт бірлігінде үнемі жұмсалатын су мөлшерімен анықталады.

Жер асты суларының әлемдік динамикалық қоры 12000 км³, оның ішінде ТМД елдерінде - 880 км³. Бұл, белсенді су айналымы зонасы деп аталатын, зонасындағы жер асты сулары, бұл сулар өзендермен дренаж арқылы байланысып, өзен ағысының тұрақты бөлігін құрайды. Өзендерге дренаж арқылы қосылатын деңгейден төменгі деңгейінде, су айналымының белсенділігі өте әлсіз, ғасырлық жер асты суларының жалпы қорының 9/10 кем емес бөлігі болатындығы жорамалданады.

Жер асты тұщы сулардың қоры туралы, олардың өзендерге қосылатын ағысының мөлшері бойынша пайымдауға болады. ТМД елдерінде бұл көрсеткіш 30000 м³/с артық, бұл жалпы өзен ағысының төрттен бір бөлігін құрайды.

ТМД елдерінің аумағындағы жер асты сулары Ресей, Украина, Қазақстанда ең көп таралған, олардағы су қоры бірнеше Арал теңізінің су қорына тең болатындығы анықталды. Сол сияқты, жер асты тұщы судың үлкен қоры Орта Азия мемлекеттері территорияларында да табылды.

Жер асты сулары жердің бетіне табиғи жолмен (бұлақ, бастау түрінде) шығады немесе оларды әр түрлі құдықтар қазу арқылы алады.

Жер асты сулары жататын орнына қарай - топырақ, грунт және қабат аралық сулар болып бөлінеді.

Топырақ сулары (жер бетіне ең жақың сулар) атмосфералық сулар өтетін аймақта болады, жер бетіне ең жақын, бірінші су тұтқыш горизонтта линза түрінде жиналады. Олар, әсіресе, атмосфералық жауын-шашын кезінде көп жиналып, бірақ жазда құрғап кетеді, ал қыста қатып қалады. Бұл су көздерінің, біріншіден, салыстырмалы түрде дебиті аз, екіншіден, су өткізбейтін қабаты түріндегі қорғауы жоқ, соған байланысты, оңай ластанады, олардың құрамы сыртқы факторлар (климаттық, антропогендік) әсерінен жылдам өзгереді, сондықтан да, елді мекендерді сумен қамтамасыз ету үшін іш жүзінде қолданылмайды.

Грунт сулары бірінші су өткізбейтін қабаттының үстінде жиналады, бірақ, жоғарғы жағында су өткізбейтін қабаты болмайды, сондықтан, олар мен жер бетілік сулар арасында су алмасу үрдістері жүреді. Олар атмосфералық жауын-шашын суларының топырақ қабаттары арқылы өтуі нәтижесінде түзіледі, сондықтан, әр түрлі жылдарда және жыл мезгілдерінде судың деңгейінде үлкен ауытқулар болады. Әр түрлі жерлерде олардың тереңдігі 1,5 - 2 м және одан да артық болуы мүмкін.

Әдетте, бұндай сулар ауылдық елді мекендерде көп қолданылады - су түрлі құдықтар (шахталық, құбырлы, т.б.) арқылы алынады. Олардың кейбіреулері улкен емес су тасымалдау құбырлары үшін де қолданылады. Бұл сулар қысымды болмағандықтан, олардың құдықтағы деңгейі, судың жер астылық қабатының деңгейінде болады.

Жер бетілік суларға қарағанда, грунт сулары салыстырмалы түрде тұрақты құрамымен және жақсы сапасымен ерекшеленеді. Топырақтың қалың қабаттары арқылы сүзіліп өтетіндіктен, олар өзен мен көлдердің суларына қарағанда, мөлдірлеу, түссіз және бактериологиялық тұрғыдан да қауіпсіздеу болып келеді. Грунт сулары ластануының алдан алуда топырақты ластанудан санитарлық қорғау үлкен рөл атқарады.

Су жағалауларындағы жерлерде грунт сулары өзендер мен басқа да ашық су көздерінің суларымен гидравликалық байланыста болуы мүмкін. Бұндай жағдайларда өзен суы топырақ қабаттарынан өтіп, грунт суларына қосылады да олардың мөлшерін көбейтеді. Бұндай сулар арна астылық сулар деп аталады. Арна астылық сулар кейде инфильтрациялық құдықтар жасау арқылы ауыз су мақсатында да қолданылады. Алайда, бұл сулар ашық су көздерімен тікелей байланысты болғандықтан, олардың құрамы тұрақсыз және санитарлық жағынан да, жақсы қорғалған грунт суларына қарағанда, сенімділігі аздау.

Тау беткейлерінде немесе үлкен жыралар түбінде, яғни жер бедерінің сай-салалы жерлерінен грунт сулары қысымсыз немесе төмен қарай түсетін бұлақ (бастау) түрінде жердің бетіне шығуы мүмкін. Бұндай бұлақ суларының құрамы мен сапасында, оларды қоректендіретін грунт суларының құрамымен мен сапасынан айырмашылығы болмайды және жергілікті жердегі тұрғындарды сумен қамтамасыз ету үшін пайдалануы мүмкін.

в). Қабат аралығындағы (аралық) сулар дегеніміз, су өткізбейтін екі жыныстың аралығында орналасқан сулар. Кабат аралағындағы сулар – қысымды және қысымсыз сулар деп бөлінеді. Бұлардың екеуінде де, су өткізбейтін «төбе жабыны» және«айдыны» болады. Бірақ, қабат аралық қысымды сулар, олардың арасындағы кеңістікті толық толтырып, оның ішінде жоғары кысыммен жылжиды, ал қысымсыз қабат аралық сулардың бетімен «төбе жабынының» арасында біраз бос кеңістік болады, сондықтан судың қысымы да төмен болады.

Бұл сулар қысымның әсерінен құдықтарда жоғарыға қарай көтеріліп, кейде өздігінен бұрқақ болып атқылауы да мүмкін (артезиан сулары).

Су өткізбейтін жабыны болғандықтан, қабат аралық сулар атмосфералық жауын-шашын суларынан және жоғарырақ қабаттағы грунт суларынан жақсы оқшауланған болады. Қабат аралық сулар су тұтқыш қабатының жер бетіне шыққан жерлерінде сумен толығады, әрі, бұндай жерлер қабат аралық сулардың негізгі қорының орналасқан жерінен біраз қашықта болады.

Егер, су өткізбейтін қабаттың үстіңде орналасқан су тұтқыш қабат жылғамен бөлінсе, онда қабат аралық сулар табиғи жағдайда жердің бетіне, ағыны жоғары көтерілетін, бұлақ немесе бастау түрінде шығуға мүмкіндік алады. Бұл бұлақ суының сапасы оларды қоректендіретін қабат аралық сулардың сапасынан айырмашылығы болмайды.

Жоғары қысымдағы судың еріткіштік қасиеті жоғары болатындықтан, жер астылық қабат аралық сулар иондық, молекулалық және коллоидты қоспалардың әр түрлі кешендеріне бай, және жиі газдарға қаныққан болады.

Ең тұщы жер асты суы, әдетте, биік таудағы су көздерінде кездеседі. Кейде, олардағы тұздардың мөлшері 0,1 г/л – ден де төмен болады. Жазық жерлерде орналасқан жер астылық ащы суларында, керісінше, тұздардың массасы судың мөлшеріне тең болады. Мысалы, Түркменстанда, тұздылығы 547 г/л болатын, ащы су көзі табылған.

Жер асты суларының химиялық құрамы басым мөлшерде кездесетін иондардың үйлесімі бойынша анықталады: гидрокарбонатты – кальций, хлоридті – натрий және т.б. Жер асты суларының минералдану дәрежесі, әдетте, олардың химиялық құрамына байланысты болады.

Мысалы, тұщы сулар – негізінен, гидрокарбонатты болып табылады. Орташа концентрациядағы (100 г/л 150 г/л) ащы суларда, көбінесе, натрий хлориді көп болады. Бұдан да жоғары қаныққан ащы суларда хлор аниондарымен бірге кальций және магний катиондары көп болады. Жер асты суларының иондық құрамына оларда кейбір газдардың, әсіресе, көмірқышқыл газының мөлшері де байланысты болады. Судағы карбонаттық тепе-теңдік (сутек, кальций катиондары мен гидрокарбонат, карбонат аниондарының қатынасы) осы көмірқышқыл газына байланысты. Құрамында көмірқышқыл газының мөлшері жоғары болатын жер асты сулары құрылыс қондырғыларына, әсіресе, құрамында бетоны бар, қондырғыларға. агрессивті болады.

Жер асты суларының құрамында Д.И. Менделеевтің периодты системасындағы барлық дерлік элементтер, тіпті сирек кездесетін элементтер де кездеседі. Сондықтан, олар бағалы химиялық шикізат көзі болуы мүмкін. Ертеде, ХI ғасырдың өзінде – ақ, адамдар ас тұзын жер астылық ащы суды буландыру арқылы алғандығы белгілі. Ал қазір, жер асты суларынан иодты түгелдей және бромның біраз бөлігін алады.

АҚШ мен Италияда жер астылық ащы сулардан, иод пен бромнан басқа, бор қышқылын, вольфрам, литий мен германийді алады. Карловы Вары минералды су көздерінен жыл сайын 1300 т глаубер тұзы және 800 т сода өндіріледі.

Жер асты суларының құрамында, сол сияқты, топырақтың жоғарғы қабаттарында жүріп жататын немесе жанғыш пайдалы қазбалармен қосылғанда жүретін биохимилық үрдістер нәтижесінде түзілетін органикалық заттар да кездеседі.

Жақын арада жер асты суларының құрамында газ тәрізді қоспалар түріндегі төменгі сатыдағы көмірсутектердің де кездесетіні анықталды. Әсіресе, олар мұнай-газ бассейндері орналасқан жерлердің суларында көп кездеседі. Ғалымдардың есептеулері бойынша, тек қана ТМД мемлекеттерінің территориясындағы қабат аралық сулардың құрамында осы аса бағалы шикізаттың 4000 триллион куб метр қоры бар екені анықталды. Бұл, бүкіл дүние жүзіндегі мұнай мен газдың қазіргі таңдағы белгілі өндірістік қорынан бірнеше жүз есе артық.

Жер асты сулары, соңғы кездері болашақта табиғи газ өндірудің маңызды көзі ретінде қарастырыла бастады. Мысалы, Жапонияда қазірдің өзінде табиғи газдың 30% дәл осы жолмен алынады. Қабат аралық жер асты суларында басқа да, өте бағалы химиялық компоненттердің көп екендігін ескере отырып, жер астылық суларды өңдеуді кешенді, көп салалы, қалдықсыз және рентабельділігі жоғары өндіріс түрінде жүзеге асыруға болады.

Микроағзалар жер асты суларында, әдетте, өте аз болады, ал ауру тудырушы бактериялар мүлдем кездеспейді. Қабат аралық сулар өте терең қабаттарда жататындықтан, олардың физикалық қасиеттері мен химиялық құрамы тұрақты болады. Қабат аралық сулардың антропогендік ластануы өте сирек болады, мысалы, су өткізбейтін қабаттардың бұзылуы кезінде, ескі, пайдаланбайтын ұңғымаларға бақылау жүргізілмегенде ғана байқалуы мүмкін. Қабат аралық горизонттардағы су сапасының аз ғана өзгерісінің өзі, сол жердегі санитарлық жағдайдың нашарлағанын білдіреді.

Ерте кезден таза, мөлдір бұлақ суы өте жоғары бағаланатын. Миллион тұрғыны бар қалада - Ертедегі Римде тек осындай суларды пайдаланатын, өйткені римдіктер ең таза деген өзен суының өзін елемейтін. Егіс далалары құрғап жатқанда, бұлақ сулары бақылаусыз қала үшін алынатын. Рим қаласының қарқынды даму кезеңінде, оның әрбір тұрғынына тәулігіне судың 1000 л дейін мөлшері келетін. Ешқашан, еш жерде өте таза, ауыз суды моншалар, шомылу, т.б. мақсаттар үшін дәл осылай ысыраппен пайдаланбаған.

Жер асты сулары, ең алдымен ауыз су үшін қолданылады, өйткені, әдетте, олар арнайы тазартуды, ал көп жағдайларда тіпті зарарсыздандыруды да қажет етпейді.

Алайда, жер асты суларының стерильді болуының, қазіргі кездегі түсініктер бойынша, біршама қауіптілігі де бар. Артезиан, бұлақ немесе құдық суларының «қарсы тұру күші» болмағандықтан, олар ластанған кезде адам денсаулығы үшін ұзақ уақыт қауіпті болып қала береді.

Парадокс ретінде болса да, ашық суаттардың жағдайы жақсырақ деуге болады: бұл суларда басқа граммтеріс бактериялар денесінде паразитті тіршілік ететін бактериялар табылған. Неміс зерттеушісі Г.Штольп (1963), Штольп вибрионы деп белгілі болған, туыс ішіндегі Bdellovibrio bacteriovorus (bdellо – латынша: сүлік) түрді анық сипаттаған. Бұл бактерия басқа бактерияларға еніп, оларда көбейеді (4.8 – сурет).

4.8.- сурет. Штольп вибрионының судағы микробты «жеп қоюы»

Бұл бактериялар өздеріне қорек ретінде судағы басқа микробтарды, олардың арасында, холера вибриондарын және сүзек таяқшаларын да пайдаланады. Осы Штольп вибриондарының болуымен табиғи сулардың өздігінен тазаруға қабілетінің өте күшті болуын түсіндіреді. Әдетте, бұл вибриондар жер асты суларында болмайды. Сондықтан, бұндай сулардың аз ғана дәрежеде ластануының өзі, адамдар мен үй жануарлары үшін ауыр салдарға әкелуі мүмкін. Жер асты суларының көбі, олардың құрамында түрлі тұздар көп болғандықтан, ауыз су үшін және шаруашылықты сумен қамтамасыз етуге жарамсыз болады, бірақ олар да әр түрлі мақсатта қолданыс табады.

Минералданған жер асты сулары өте ерте кезден – ақ емдік мақсаттарда қолданылады. Олардың емдік әсері, көбінесе құрамындағы биологиялық белсенді заттардың жоғары мөлшерде болуына байланысты. Емдеу практикасында, әдетте, температурасы 40ºС-тан аспайтын, жер асты суларын пайдаланады.

Атмосфералық сулар (жауын-шашын) тұрғындарды сумен қамтамасыз ету үшін сирек қолданылады, негізінен, сусыз, құрғақ климатты аймақтарда (Өзбекстан, Түркменстан, Қырым), яғни, ашық су көздері жоқ, ал өте тереңде орналасқандығынан, жер асты суларын алу қиын аймақтарда ғана қолданылады. Атмосфералық суларда аз ғана мөлшерде Ca мен Mg тұздары болады, яғни, олардың минералдану дәрежесі өте төмен болып, дистильденген суға жақындайды, сондықтан олар тек шаруашылық және техникалық мақсаттар үшін қолданылады. Бұл суларды ауыз су үшін пайдаланғанда, оларды барлық санитарлық ережелер сақталып, сырттан ластаушы заттар түспейтін, таза ыдыстарға жинау керек.

Атмосфералық жауын-шашын суының тазалық дәрежесі, атмосфераның жағдайына, ауаның ластану деңгейіне, желдің күші мен бағытына, жауын-шашынның түсу ұзақтығына, оның қарқындылығы мен тағы да басқа факторларға байланысты күрт өзгеріп отыруы мүмкін. Қатты құйынды желдер мен вулкандардың атқылауы кезінде, толып жатқан ластаушы заттардың ауаға көтерілуінен, олардың атмосфералық жауын-шашын құрамынан анықталған жағдайлары (құрамында қызыл түсті тау жыныстарының қоспасы бар, «қанды жаңбырлар» деп аталған, жаңбырлар және т.б.) белгілі.

Ірі өнеркәсіптік қалалардың атмосферасына күкірт қышқылы, тұз қышқылы және басқа да қышқылдар, Na, Ca, Mg тұздары, күйе, шаң, микроағзалар түсуінен, жауын-шашын сулары, осы заттармен ластанған атмосферадан өтіп, өздері ластанады да және ауыз су үшін пайдалануға жарамсыз болып қалады.

Атмосфералық сулардың сапасы сондай-ақ, климаттық жағдайларға және судың қай кезде - қатты жаңбыр кезінде немесе құрғақшылық кезде жиналғандығына байланысты болады. Әдетте, жаңбыр жауғанда, судың алғашқы тамшылары соңғы тамшыларына қарағанда, көбірек ластанады, ал соңғылары ең тазасы болып келеді.

Қар немесе мұз ерігеннен соң пайда болатын еріген қар сулары, өте сирек - сусыз жерлерде қолданылады, олар да атмосфералық жауын-шашын сулары сияқты ластанады.