Глава I развитие гидрогеологии и инженерной геологии

Отрывочные сведения о подземных водах и их использовании в различных странах можно найти в документах, относящихся к весьма отдаленным периодам истории развития человеческого об­щества (3000 лет до н. э.). В Средней Азии, Иране, Сирии, Египте, Северной Африке, Греции, Италии, Мексике, Китае сохранились остатки водопроводов с трубами из обожженной глины, сооруже­ние которых относится к первому тысячелетию до н. э. В поселке Сенная Краснодарского края РСФСР в 1972 г. экспедицией АН СССР обнаружены остатки водопровода из керамических и свин­цовых труб, построенного 2000 лет назад.

В России в XI—XIII вв. подземные воды широко использовались не только для питьевых целей, но и для орошения земель и лечения. В XVIII в. сооружаются мощные подземные водопроводы в г. Пуш­кине и в Мытищах. По указу Петра I впервые была установлена санитарная охрана питьевых вод и назначены различные поощре­ния за находку лечебных вод. Широкие научные исследования под­земных вод были начаты М. В. Ломоносовым. В 1740—1750 гг. в работе «О слоях земных» Ломоносов четко сформулировал ряд научных положений о подземных водах как сложных природных растворах, находящихся во взаимодействии с горными породами. В своих последующих трудах Ломоносов изложил теорию проис­хождения подземных вод и описал процесс круговорота воды в природе.

Начало комплексному и систематическому изучению природных богатств Российского государства положили экспедиции Россий­ской Академии наук. Эти экспедиции, возглавляемые крупными русскими учеными (В. Ф. Зуевым, И. И. Лепехиным, Н. П. Рычко-вым, Н. Я- Озерковским и др.), охватили различные районы стра­ны: Урал, Сибирь, Поволжье, Кольский п-ов, Кавказ, Придне­провье. Работы академических экспедиций имели большое значение для развития учения о подземных водах. Они показали важность подобных исследований для всестороннего познания природы и изучения производительных сил страны.

Позднее исследования, связанные с использованием пресных и •минеральных вод, строительством железных дорог и т. д., проводил

Геологический комитет, основанный в Петербурге в 1882 г. В коми­тете в то время работали крупнейшие ученые — А. П. Карпинский, Н. А. Соколов, И. В. Мушкетов, С. Н. Никитин, Н. А. Головкинский, Н. Ф. Погребов и др., сыгравшие большую роль в развитии отече­ственной гидрогеологии и инженерной геологии. К числу крупных работ этого периода следует отнести комплексные исследования И. И. Жилинского по осушению Полесья, работы по гидротехни­ческому строительству в южных районах России, а также в Сиби­ри, Закавказье и Казахстане. Следует отметить проведенные в на­чале 1900 г. широкие исследования источников питания главнейших рек нашей страны. Гидрогеологические исследования подземных источников возглавляли известные русские геологи С. Н. Никитин и Н. Ф. Погребов. Данные исследований, а также результаты бу­рения на воду многочисленных скважин позволили С. Н. Никитину и И. И. Синцову составить каталог буровых скважин на воду и сде­лать краткие описания подземных вод отдельных районов России.

В 1900 г. в России появилась первая сводка о подземных водах, составленная по отечественным материалам И. В. Мушкетовым. Его «Физическая геология», так же как и труды С. Н. Никитина, Н. А. Соколова, И. И. Синцова и др., явилась крупным вкладом в науку о подземных водах. Дальнейшее развитие гидрогеологиче­ские и инженерно-геологические работы получили в 1914—1916 гг. в связи с исследованиями кавказских минеральных вод, поисками источников водоснабжения и строительством инженерных сооруже­ний и дорог для русской армии на Западном, Кавказском и других фронтах.

Глубокое влияние на решение проблемы зональности и хими­ческого состава грунтовых вод оказали работы русского ученого-почвоведа В. В. Докучаева о зональности почв. А. Ф. Лебедев уста­новил различные виды воды в породах и особенности их перемеще­ния. Он первый доказал существование конденсации водяных паров в почвах и грунтах, объяснив механизм этого процесса для различ­ных климатических зон России.

В первые годы после Великой Октябрьской социалистической революции исследования подземных вод и грунтов выполнялись в основном органами Наркомзема в связи с гидротехническим строи­тельством и водоснабжением. Значительно увеличился объем гид­рогеологических и инженерно-геологических работ с 1924 г., когда Геологический комитет приступил к планомерной гидрогеологиче­ской съемке в Крыму и Донбассе и изучению минеральных источ­ников на Кавказе. В этот период большие гидрогеологические ра­боты проводились также водхозами в Средней Азии для обоснова­ния водохозяйственного строительства и орошения земель. В. С. Ильин впервые составил карту грунтовых вод европейской части СССР. Гидрогеологическое районирование территории он провел по геоморфологическим признакам с учетом глубины зале­гания и минерализации подземных вод. Его карта демонстрирова­лась в 1923 г. на первой сельскохозяйственной выставке в Москве. Этим подчеркивалась тесная связь гидрогеологии с сельским хо-

зяйством. В этот же период М. М. Пригоровский дал обзорную характеристику напорных вод Русской платформы. Ценные данные о значении подземных вод при решении практических вопросов бы­ли изложены в учебном руководстве акад. В. А. Обручева «Поле­вая геология» (1925). В ней приведены, в частности, основные ре­комендации по гидрогеологическим и инженерно-геологическим исследованиям для отдельных видов строительства. В 1927 г.

A. Н. Семихатов составил карту артезианских бассейнов европей­ ской части СССР. В 1931 г. состоялся Первый всесоюзный гидро­ геологический съезд, оказавший большое влияние на дальнейшее развитие гидрогеологии в СССР.

Рост народного хозяйства СССР побудил Геологический коми­тет в 1934 г. реорганизовать существовавшую в его системе гидро­геологическую секцию в Отдел подземных вод.

Большое влияние на развитие гидрогеологии оказали работы акад. В. И. Вернадского. Он указывал, что подземные воды при­нимают участие в биохимических, магматических и пневматоли-ческих реакциях, а также в образовании и разрушении месторож­дений полезных ископаемых. В работе, посвященной истории при­родных вод (1923), он отмечает, что огромные массы воды в земной коре находятся в непрерывном и разнообразном движении. Идеи

B. И. Вернадского получили дальнейшее развитие в трудах акад. А. П. Виноградова (1959—1960) и его учеников. Особенно большое внимание в его работах уделено проблеме химической эволюции Земли. На основе этих разработок в настоящее время успешно раз­ виваются гидрохимические методы выявления отдельных полезных ископаемых.

Наибольшее развитие гидрогеологические и инженерно-геологи­ческие исследования получили в связи с широким гидротехниче­ским, промышленным и коммунальным строительством в различ­ных районах нашей страны. Разнообразие естественных условий потребовало коренной перестройки организационных форм и мето­дики исследований, уточнения и совершенствования приемов гидро­геологических и инженерно-геологических работ и развития теоре­тических основ этих отраслей геологии.

В 1934 г. в системе Наркомтяжпрома СССР были организованы институты инженерно-строительной гидротехники и гидрогеологии, оснований и фундаментов, водоснабжения и канализации. В 1939 г. был организован Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО). В настоя­щее время результаты научно-исследовательских работ по подзем­ным водам и инженерной геологии обобщены в широко известных трудах советских ученых.

Большая роль в деле изучения подземных вод и организации гидрогеологических и инженерно-геологических исследований в СССР принадлежит Ф. П. Саваренскому.

Первый учебник по гидрогеологии был опубликован П. Н. Чер-винским в 1922 г. В последующие годы учебники по названной дис­циплине опубликованы О. К. Ланге (1931), Р. Р. Виржиковским

9

(1932), Ф. П. Саваренским (1933). Первый учебник по инженерной геологии в СССР, подготовленный Ф. П. Саваренским, издан в 1937 г. Важное значение для развития гидрогеологии в СССР имела деятельность Г. Н. Каменского, О. К. Ланге, Н. И. Толстихина и П. И. Бутова — основателей гидрогеологической специальности в вузах Москвы, Ташкента и Ленинграда. П. Н. Червинский и А. Н. Семихатов — крупнейшие советские ученые-гидрогеологи, родоначальники учения о гидрогеологической цикличности и про­пагандисты изучения связи распределения подземных вод с геоло­гическими структурами. Ряд классических исследований по регио­нальной гидрогеологии принадлежит А. Н. Семихатову, Ф. П. Са-варенскому, Н. Н. Славянову, А. М. Овчинникову, Б. Л. Личкову, О. К. Ланге, Н. И. Толстихину, А. И. Силину-Бекчурину, У. М. Ах-медсафину, И. К. Зайцеву, Б. И. Куделину и другим ученым. Ба­ланс влаги в зоне аэрации освещен в работах А. Ф. Лебедева,, А. В. Лебедева, А. А. Роде и других исследователей.

Для развития подземной гидравлики много сделано Л. Е. Лей-бензоном, Н. Н. Павловским, М. Д. Миллионщиковым, В. Н. Щел-качевым, П. Н. Лапуком, Н. Е. Жуковским, В. И. Аравиным, Н. М. Герсевановым, Н. К. Гиринским, Е. А. Замариным, П. Я. Ко-чиной-Полубариновой, Г. Н. Каменским, В. Д. Бабушкиным, И. А. Чарным, В. М. Шестаковым, Ф. М. Бочевером, Н. А. Плотни­ковым, В. Е. Лукьяновым, С. Ф. Аверьяновым и др.

Большая научно-методическая и теоретическая работа в области региональной гидрогеологии проведена Г. Н. Каменским, Н. А. Плотниковым, Н. И. Толстихиным, И. К. Зайцевым, О. К. Ланге, П. П. Климентовым, Д. И. Щеголевым и др., создав­шими ряд оригинальных руководств по гидрогеологии; Н. К. Игна­товичем, А. М. Овчинниковым, Ф. А. Макаренко, Б. И. Куделинылг и др. разработаны принципы вертикальной гидрохимической и гид­родинамической зональности, что весьма важно для поисков и раз­ведки подземных вод. М. И. Сумгиным, В. А. Обручевым, Н. И. Тол­стихиным, В. А. Кудрявцевым, П. Ф. Швецовым и др. написан ряд оригинальных работ по гидрогеологии и инженерной геологии зоны многолетней мерзлоты. Следует отметить большую роль в разви­тии геотермии и учения о термальных и минеральных вода\-

A. Н. Тихонова, Е. А. Любимовой, Д. И. Дьяконова, Ф. А. Мака­ ренко, Е. Н. Люстига, В. В. Иванова, А. В. Щербакова, Г. М. Суха­ рева и др. Проблемы палеогидрогеологии и гидрохимии глубоких водоносных горизонтов подробно освещены в работах П. Н. Чер- винского, А. Н. Семихатова, А. М. Овчинникова, А. А. Карцева,

B. А. Сулина и др. исследователей. Советскими учеными разрабо­ таны методы оценки естественных и эксплуатационных ресурсов подземных вод. По инженерной геологии и грунтоведению болыпря работа проведена Ф. П. Саваренским, Н. М. Герсевановым, И. В. Поповым, В. А. Приклонским, Е. М. Сергеевым, Н. В. Коло­ менским, В. Д. Ломтадзе, М. В. Чуриновым, Ф. В. Котловым^ Н. Н. Масловым, Г. С. Золотаревым, П. Н. Панюковым, Н. А. Цы- товичем, Н. В. Орнатским, И. М. Горьковой, М. М. Филатовым»

10

Н. Н. Ивановым, С. С. Морозовым, П. И. Земятченским, В. В. Охо-тиным и др. учеными.

Необходимо указать на крупные научные обобщения в области гидрогеологии коллективов институтов ВСЕГИНГЕО, ГИДРО-ГИНГЕО, ВОДГЕО, ВСЕГЕИ, ГИН АН СССР и МГУ, составление различных карт территории СССР (карта грунтовых вод степных и лесостепных районов европейской части СССР, гидрогеологиче­ская карта СССР, гидрохимическая карта СССР, карта подземного стока СССР, геотермические карты, минеральных и термальных подземных вод и др.). Составлены также гидрогеологические описа­ния («Гидрогеология СССР» и др.), в подготовке которых прини­мали участие сотрудники научных и производственных организа­ций СССР.

Из зарубежных \ченых, сыгравших положительную роль в раз­витии гидрогеологии и инженерной геологии, следует указать итальянского инженера М. Витрувия (М. Wetruvia, I в. до н. э.)> изложившего сущность круговорота воды в природе; итальянского -специалиста А. Валлисниери (A. Wallisnierie, 1715), опубликовав­шего подробное описание артезианских вод Италии, французских лченых Е. Мариотта (Е. Mariotte, 1717), определившего величину инфильтрации атмосферных осадков для бассейна р. Сены, И. Пуазейля (J. Poiseuille, 1840), измерившего величину вяз­кости природной воды и других жидкостей. Французские инженеры А. Дарси (A. Darcy, 1856) и Ж- Дюпюи (J. Dupuit, 1863) положили начало теории фильтрации в различных породах (линейный закон Дарси), определению притока воды к совершенным грунтовым и артезианским колодцам, а австрийский ученый Ф. Форхгеймер (F. Forchheimer, 1886) установил квадратичный закон фильтрации и дал поправку к формуле Дюпюи на несовершенство грунтовых и напорных колодцев при определении притока воды к ним. Вопроса­ми региональной гидрогеологии в настоящее время успешно зани­маются во Франции Ж. Кастани (J. Kastany, 1950) и др. Неустано­вившееся движение плоского и радиального потока подземных вод рассмотрено в тр\дах французского ученого Д. Буссинеска (D. Boussinesq, 1877). Дальнейшее развитие его исследования по­лучили в трудах американских ученых Н. Тейса (N. Theis, 1935), С. Джекоба (S. Jacob, 1940), М. Маскета (М. Muscat, 1937), М. Хантуша (М. Hantush, I960) и др.

По изучению движения подземных вод в водоносных пластах с различной величиной минерализации много сделано М. Маскетом, а также французским и канадским учеными X. Шоллером (Н. Schoellerer, 1962) и А. Шейдеггером (A. Scheidegger, 1960). Изучению подземных вод и их режима посвящены многочисленные труды проф. США О. Мейнцера (О. Meincer, 1942).

Заслуживают внимания работы немецких ученых Д. Смрекера (D. Smreker, 1878), X. Слихтера (Н. Slichter, 1899), А. Тима (A. Thiem, 1906), Е. Принца (Е. Prinz, 1919). Проф. П. Фурмарье {P. Fourmarier, 1958) —знаток региональной гидрогеологии Бель­гии и Франции. Английский ученый У. Смит (U. Cmit, 1827) дал

И

подробное описание подземных вод страны как источников водо­снабжения, проф. С. Бухан (S. Buchan, 1950) много сделал в обла­сти гидрогеологического картирования.

В области инженерной геологии следует отметить труды ученых из США — К. Терцаги (К- Terzaghi), Ф. Дальтона (F. Dalton), К. Скотта (С. Scott), Ф. Лей (F. Lee); Канады — К. Кравфорда (С. Crawford), Р. Лежже (R. Legget), Ж- Хержета (G. Herget); Франции — К. Люиса (С. Louis), М. Арнольда (М. Arnould); Англии — Б. Денне (В. Demies), Д. Смита (D. Smith), Д. Прика (D. Price); Федеративной Республики Германии — Ф. Грубе (F. Crube), Р. Вольтера (R. Welters); Норвегии — Л. Бжерами (L. Bjerrum), Чехословакии — Ж. Скопека (J. Skopek), Ж. Рубара (J. Rubar), Югославии — Д. Стефановича (D. Stefanovic), С. Сли-мака (S. Slimac), Австралии — Д. Бранагана (D. Branagan); Фин­ляндии— X. Нини (Н. Nini), Е. Ронка (Е. Ronka). По инженерной геологии и гидрогеологии крупные исследования проведены и про­водятся в Японии, Индии, Швеции, Польше, Италии, Турции, Гре­ции, Бразилии, Нидерландах и других странах.