В обычных, естественных условиях уровень моря почти повсеместно (за исключением отдельных низинных территорий) расположен ниже уровня подземных вод, насыщающих берега, — происходит разгрузка подземных вод в море. Но, как всюду, человек и здесь вмешивается в дела природы. На пути текущих к морю подземных вод он ставит «сети» в виде водозаборных скважин и перехватывает поток воды.
Во многих прибрежных районах мира в течение ряда десятилетий города, сельское хозяйство и промышленность используют для водоснабжения и орошения подземные воды. Поэтому общий напор этих вод понизился на значительную величину, достигающую десятков метров. Образующаяся «пустота» тут же заполняется морской водой, которая под действием перепада уровней воды и в море и на материке (по закону сообщающихся сосудов) течет в сторону суши и вторгается в берег.
Возникает своеобразный «поршневый эффект» — морская вода выдавливает, вытесняет пресную воду суши и, отжимая из пор и трещин горных пород, занимает ее место.
При наступлении сильно минерализованной морской воды на пресные водоносные горизонты засоляются водозаборные скважины, оставляя жителей городов без питьевой воды, а сельскохозяйственные посевы без орошения. И еще одна неприятность приходит вместе с солеными морскими водами — их воздействие на фундаменты и другие заглубленные части зданий. В результате химического воздействия начинается постепенное разрушение бетонных или кирпичных конструкций, которые построены далеко от моря и не предназначены для работы в химически агрессивной морской среде.
Интенсивное вторжение моря в подземное пространство суши вот уже много лет беспокоит население калифорнийского побережья США, северных и западных берегов Франции, прибрежных средиземноморских районов Ближнего Востока и многих других приморских территорий. В некоторых местах морская вода проникла в глубину суши на большое расстояние, достигающее десятков километров.
Борьба с подземной морской агрессией в большинстве случаев ведется тоже с помощью воды. На пути вторгающегося в сушу моря ставят гидравлическую плотину — так называемый барраж. Он представляет собой заградительный барьер, состоящий из линейного ряда скважин, через которые под землю нагнетается (или просто наливается) пресная вода. Накапливаясь вблизи нагнетательных скважин, она образует бугры искусственных подземных вод, которые постепенно растекаются и сливаются друг с другом, образуя своеобразную водную завесу, высотой превышающей уровень моря. На пути моря-агрессора встает надежная преграда. Закачка пресных поверхностных (чаще всего речных) вод обычно осуществляется в зимнее и весеннее время года, когда расходы на водоснабжение, и особенно на ирригацию, резко снижаются. Освобождающийся в этот период объем пресной воды, можно использовать для восполнения израсходованной ранее части подземных вод и поднять их уровень с помощью нагнетательных скважин.
Главная задача — создание тока подземных вод к морю, для чего необходимо превышение уровня пресных вод над морскими, может быть решена и другим путем. Если нет резерва речной воды и гидравлический барраж делать не из чего, то с вторгающейся морской водой поступают просто: ее перехватывают тем нее заградительным рядом скважин, откачивают и сбрасывают обратно в море. В результате этого на линии скважин создается понижение уровня морской воды, которая затем уступает место воде пресной.
Удачное решение проблемы дает применение метода спаренных скважин. Состоит он в том, что на некотором расстоянии друг от друга устанавливают два ряда водозаборных скважин. Один из них расположен в пределах подземных пресных, другой — вторгшихся в сушу морских вод. При одновременной откачке из таких спаренных скважин между ними под землей образуется строго определенная граница раздела соленых и пресных вод. В каждую сторону от этой границы распространяется своя зона, соответствующая области влияния того или другого ряда водозаборных скважин. Такая граница поддерживается постоянно.
Помимо естественных морей, омывающих континенты, агрессию на сушу осуществляют и искусственно созданные человеком моря — водохранилища. Посмотрим на географическую карту европейской части СССР, которая обладает лишь 20% всех речных ресурсов страны. Эту несправедливость природы исправляют гидротехники. Синие нитки рек во многих местах перевязаны толстыми голубыми узлами. Это гидроузлы, водоподпорные плотины которых поднимают уровень воды в реках и образуют водохранилища, позволяющие создавать сезонные внутригодовые и многолетние запасы воды.
Кроме водохозяйственной роли водохранилища имеют и энергетическое значение. В послевоенные годы нашей стране нужно было срочно поднять экономику, восстановить разрушенную промышленность, наладить сельское хозяйство. В основе этого подъема было развитие гидроэнергетики. «Великие стройки коммунизма» — так претенциозно были названы развернувшиеся гидротехнические строительства на Волге, Днепре, Дону, Куре. В небывало короткий срок поднялись гидроэнергетические гиганты у Жигулей, Каховки, Цимлянской, Севана, Мингечаура.
Однако, как и всякое «исправление ошибок природы», водохозяйственное строительство помимо полезности имеет и свои минусы, о которых надо помнить.
Аккумулируя паводковые воды, водохранилища фактически заменяют ежегодные естественные половодья одноразовым неповторяющимся искусственным разливом. В связи с сооружением на плоскостях Восточно-Европейской равнины новых рукотворных морей (Цимлянского, Каховского, — Рыбинского, Горьковского и др.) потребовалось затопление большой территории. Водохранилища на реках влекут за собой и самые серьезные изменения естественных гидрогеологических условий на прилегающих территориях. Большинство равнинных рек получает грунтовое питание со стороны берега за счет притока подземных вод. Возникновение же подпора речной воды в верхнем бьефе плотины вызывает подъем нескольких, а то и десятков метров.
Вдоль водохранилища возникает своеобразная зона подпора подземных вод, ширина которой колеблется от нескольких сотен метров в хвостовой части водохранилищ до десятков километров в приплотинной части.
Результаты выполненных расчетов фильтрации воды в берега (рис.58) показывают, что если расход поступающей из водохранилища воды с течением времени снижается, то подъем уровней подземных вод на прибрежной территории, наоборот, увеличивается. Как видим, фильтрация из водохранилища (фильтрационные потери) со временем уменьшается от 8000 до 6700 м3/сут. За этот же период уровни подземных вод повышаются и на расстоянии 200 м от плотины они составляют 35–43 м, а на большем удалении (500 м) — 25–37 м.
Следует отметить, что с годами интенсивность подтопления растет и постепенно достигает наибольшего значения. При этом увеличивается как ширина призмы фильтрации, так и ее высота. Например, в течение 1967–1972 гг. подпор плотины Красноярского водохранилища на Енисее в глубь берега достиг расстояния 1,5–3 км. Динамика этого распространения такова, что стабилизация уровней подземных вод не наступает даже за пять лет. При этом ширина зоны подтопления в большой степени зависит от проницаемости горных пород, слагающих берега.
Не меньшую опасность подтопления прибрежных территорий создает фильтрация из каналов, теряющих до 50–70% всей воды, которая в них поступает из водозаборов. Это, естественно, вызывает подъем уровней воды, который распространяется на многие километры, подтопляя города и поселки.
К большим магистральным каналам в их «деятельности» по подтоплению близрасположенных населенных пунктов присоединяется и огромное число более мелких оросительных каналов ирригационной сети. Мало того, и сам процесс орошения сельскохозяйственных полей, особенно с самотечной подачей воды по бороздам, ведет также к интенсивной инфильтрации поливной воды в грунт.
