Анализ состояния подземных вод и перспективы их использования на территории Новой Москвы
За счет присоединения к Москве 148 тыс. га территории Московской области между Варшавским и Киевским шоссе, сельских и городских поселений, в том числе городов Троицк и Щербинка, площадь российской столицы увеличится в 2,4 раза. В Новую Москву планируется перевести большинство законодательных и исполнительных органов власти, здесь предполагается построить международный медицинский центр и кампусы исследовательских университетов, тут наверняка активизируется жилищное строительство. Естественно, все эти объекты должны быть обеспечены надежным водоснабжением. Для этого, как свидетельствуют справочно-аналитические материалы Территориального центра государственного мониторинга состояния недр по г. Москве и Московской области, на территории Подмосковья и столицы есть несколько крупных водных источников. Однако при их использовании необходимо учитывать ряд важных моментов.
В настоящее время водоснабжение Московской области практически полностью базируется на использовании подземных вод, доля которых составляет в среднем 90% от суммарного водопотребления. Для целей водоснабжения используются в основном воды каменноугольных отложений, содержащиеся в пяти водоносных горизонтах, из которых на присоединяемой к Москве территории юго-запада Московской области распространены и используются для водоснабжения только три горизонта: подольско-мячковский, каширский и алексинско-протвинский (рис. 1).
Водоотбор в Московском регионе осуществляется более чем из 8000 тыс. скважин, в Москве и области отбирается около 12% подземных вод, добываемых на территории страны. На территории Новой Москвы величина и плотность водоотбора относительно невысока - 200 тыс. м3/сут., причем 85% водоотбора приходится на подольско-мячковский горизонт, а 70% общей добычи воды осуществляется скважинами небольшой производительности - до 200 м3/сут.
Город Москва, в отличие от области, практически полностью снабжается поверхностной водой, доля подземных вод в водоснабжении Москвы составляет 0,3%. В пределах мегаполиса осуществляется добыча подземных вод в основном для производственно-технического водоснабжения отдельных предприятий, а также шахтный и дренажный водоотлив при эксплуатации метрополитена и строительстве инженерных сооружений.
Общие объемы использования подземных и поверхностных вод для водоснабжения Москвы и области составляют 7,3 млн. м3/сут. Москва потребляет 4,2 млн. м3/сут. (из них 0,07 млн. м3/сут. подземных вод), область - 3,1 млн. м3/сут. (в т.ч. 2,8 млн. м3/сут. из подземных источников). Поверхностные воды из Москвы поста ляются в 8 районов Московской области в объемах 0,3-0,4 млн. м3/сут., при этом МГУП «Мосводоканал» располагает значительными дополнительными ресурсами поверхностной воды, которые можно использовать для водоснабжения Подмосковья.
По г. Москве и Московской области утвержденные запасы подземных вод составляют 10,1 млн. м3/сут., из них к разведанным (категории А и В) относятся около 60% запасов - 6 млн. м3/сут. Величина стоящих на балансе запасов более чем в три раза превышает фактический водоотбор из скважин, разведанных запасов - более чем в два раза. Обеспеченность запасами подземных вод в среднем по региону составляет 0,6 м3/сут. на 1 человека, при этом по городу Москве она составляет 0,06, а по области - 1,43 м3/сут. на человека. Прогнозные ресурсы пресных подземных вод по Московскому региону составляют 11,3 млн. м3/сут., что соответствует 0,62 м3/сут. на человека.
Если оценить соотношение запасов подземных вод и общего водопотребления подземных и поверхностных вод по г. Москве и Московской области, то общее количество утвержденных запасов подземных вод полностью покрывает современное водопотребление и превышает его в 1,3 раза. Количество разведанных запасов (категории А и В) составляет 80% от общего потребления воды в регионе.
Прослеживается общая тенденция роста утверждаемых запасов и вместе с этим увеличивается расхождение величин запасов и объемов их использования (рис. 2).
Казалось бы, такое количество оцененных и разведанных запасов и их соотношение с потреблением говорит о благоприятной ситуации в регионе, но на самом деле имеет место серьезное несоответствие этих цифр реальному положению дел.
Запасы подземных вод для водоснабжения Москвы и Московской области оценивались и утверждались в основном более 30 лет назад. Тогда же составлялись проектные схемы размещения эксплуатационных скважин, которые к настоящему времени во многих случаях устарели. В первую очередь это касается месторождений подземных вод нераспределенного фонда недр. Характерно, что к нераспределенному фонду в настоящее время относятся в основном месторождения, разведанные вне пределов крупных городов и находящиеся в наиболее благоприятных гидрогеологических и экологических условиях. Несмотря на свою природную ценность, площади разведанных месторождений не резервировались, они стали интенсивно застраиваться, использование многих месторождений нераспределенного фонда недр в настоящее время стало практически невозможно. В итоге на территории Московской области не эксплуатируются 82 месторождения подземных вод с запасами 3,2 млн. м3/сут. - почти треть от общего количества запасов. Ярким примером данной ситуации может служить Приокское месторождение подземных вод с объемом утвержденных, но не эксплуатируемых запасов 1,2 млн. м3/сут.
На территории Новой Москвы месторождений нераспределенного фонда недр нет. В первую очередь это обусловлено тем, что гидрогеологические условия данной территории не дают предпосылок для выявления и разведки крупных месторождений - значительная часть территории относится к водораздельным пространствам, где каменноугольные водоносные горизонты перекрыты мощными толщами слабопроницаемых пород, в связи с чем питание подземных вод затруднено, а фильтрационные параметры водовмещающих пород невысоки. Единственным крупным месторождением на рассматриваемой территории является Деснянский участок - месторождение, разведанное в долине р. Десны. По участку утверждены запасы подземных вод подольско-мячковского горизонта в количестве 62,9 тыс. м3/сут. Деснянский участок в настоящее время эксплуатируется для водоснабжения города Подольска. Водоотбор из скважин, пробуренных на участке, составляет 24-25 тыс. м3/сут.
Действующие водозаборы подземных вод в большинстве своем приближены к водопотребителям и находятся на территориях поселений и предприятий, что обусловлено в первую очередь технико-экономическими факторами. Вместе с этим по всему Московскому региону во многих случаях наблюдаются существенные различия между проектными схемами, принятыми при подсчете запасов, и реально существующими схемами эксплуатации. С момента утверждения основного количества запасов в 70-х - 80-х годах прошлого века многие скважины были ликвидированы, водоотбор перераспределен по площади и водоносным горизонтам, образовались новые недропользователи. В итоге по многим участкам имеет место как наличие утвержденных, но не используемых запасов подземных вод, так и водоотбор на участках с неутвержденными запасами.
Такая ситуация характерна и для территорий Ленинского и Наро-Фоминского районов, часть которых присоединяется к Москве, а также для находящихся в столичных границах районов Внуково и Толстопальцево. Запасы подземных вод здесь утверждались в 1970 году и в настоящее время требуют переоценки.
Значительная часть территории Новой Москвы относится к землям Подольского района Московской области, по действующим водозаборам которого в 2005 году была выполнена переоценка запасов подземных вод. По Троицкой группе участков недр запасы были утверждены в количестве 41,9 тыс. м3/сут. Утвержденные в 2005 году запасы в целом соответствуют потребности населения в воде и фактическому водоотбору.
В последние годы выполнено много работ по оценке и переоценке запасов подземных вод по участкам одиночных водозаборов отдельных небольших поселков и предприятий. Однако существует огромное количество скважин, на которые не то что запасы не посчитаны, а даже не оформлены лицензии, в первую очередь это скважины, пробуренные для водоснабжения коттеджных застроек и принадлежащие частным лицам.
Интенсивный водоотбор подземных вод каменноугольных отложений в регионе привел к формированию региональной Московской депрессионной воронки (рис. 3), захватываю- щей большую часть территории Московской области и частично прилегающие к ней Владимирскую, Тверскую и Калужскую области.
В разных эксплуатируемых водоносных горизонтах депрессионные воронки имеет свои границы, которые в последние годы имеют тенденции к расширению. При этом максимальные конфигурация и глубина воронок отмечаются в подольско-мячковском (до 50-80 м) и алексинско- протвинском (до 79-90 м) водоносных горизонтах, что в конечном итоге определяется их водообильностью, фильтрационными параметрами, режимом и интенсивностью эксплуатации. В результате длительной эксплуатации подземных вод каменноугольных отложений уровень в водоносных горизонтах на отдельных участках опустился ниже их кровли с образованием зон безнапорного режима фильтрации.
Гидродинамические возможности водоносных горизонтов весьма различны, они определяются комплексом природных свойств водоносных горизонтов и масштабами техногенной нагрузки - водоотбора.
Наиболее благоприятными гидрогеодинамическим характеристиками и, соответственно, большим ресурсным потенциалом обладают водоносные горизонты верхнекаменноугольного возраста - гжельско-ассельский и касимовский. Эти водоносные горизонты распространены в северо-восточной части Московского региона и на присоединяемой к столице территории юго-запада области отсутствуют.
На рис. 4 и 5 приведены схематические карты, показывающие возможности увеличения водоотбора - гидродинамический потенциал двух основных источников водоснабжения Новой Москвы: подольско-мячковского и алексинско-протвинского водоносных горизонтов.
По предварительным оценкам можно сказать, что в целом по рассматриваемой территории возможности водоносных горизонтов невысоки. Гидродинамические условия характеризуются потенциальным увеличением водоотбора на участках в среднем до 1 тыс. м3/сут. и от 1 до 5 тыс. м3/сут., т.е. здесь возможно создание водозаборов для обеспечения водой небольших и средних поселков, административных центров, предприятий и т.д. На территории городов, входящих в новую территорию Москвы и прилегающих к границам (Троицк, Апрелевка, Подольск, Климовск), возможности увеличения водоотбора практически отсутствуют.
Такая в целом неблагоприятная картина обусловлена в первую очередь высокой существующей эксплуатационной нагрузкой на подземные воды. Подольско-мячковский горизонт является наиболее нагруженным в Московском регионе, за счет чего напоры подземных вод его сработаны, местами ниже кровли. Залегающий глубже алексинско-протвинский горизонт обладает более высокими напорами, но фильтрационные свойства водовмещающих пород его значительно ниже. За счет этого увеличение нагрузки на горизонт приводит к значительным понижениям уровня.
Предварительная оценка потенциала и перспектив использования подземных вод на присоединяемой к Москве территории требует обоснования фактическим материалом поисково-оценочных и разведочных гидрогеологических работ, для решения задач водоснабжения конкретных объектов необходимы уточнение и детализация современной гидрогеологической обстановки и прогнозирование различных вариантов на основе математического моделирования. При выполнении прогнозных расчетов необходимо учитывать гидродинамическое взаимовлияние существующих и проектных водозаборов территории Новой Москвы и смежных районов. Например, каким образом отразится ввод в эксплуатацию новых скважин на положение уровня подземных вод на водозаборах Троицка, Подольска, Апрелевки и других городов и поселков, возможно ли будет дальнейшее освоение Деснянского участка. Учитывая в целом невысокий гидродинамический потенциал водоносных горизонтов на данной территории, такие задачи при планировании использования подземных водоисточников весьма актуальны и требования к точности и обоснованности расчетов высоки. Очевидно, что расчеты целесообразно выполнять с учетом планов развития всей территории Новой Москвы и смежных районов области, и для этого в первую очередь необходимо знать расположение существующих и проектных объектов водоснабжения и потребности этих объектов в воде.
Для решения вопросов освоения ресурсов подземных вод необходимо развитие системы мониторинга геологической среды (подземных вод). В настоящее время на присоединяемой к Москве территории скважин государственной режимной сети нет вообще. По предварительным оценкам, для осуществления мониторинга подземных вод на данной территории необходимо создать 20-25 кустов наблюдательных скважин по 3-4 скважины, глубиной от 10 до 200 м. Расположение наблюдательной сети должно охватывать центры депрессионных воронок, образованных и существующей и прогнозируемой эксплуатацией подземных вод, и участки с незначительным водоотбором, отражающие естественные или слабо нарушенные условия.
Помимо количественных характеристик ресурсов и запасов подземных вод важную роль играет их качество. Подземные воды каменноугольных водоносных горизонтов на территории Московского региона имеют пестрый состав, который варьирует от гидрокарбонатного до гидрокарбонатносульфатного, гидрокарбонатнохлоридного и смешанного.
Минерализация подземных вод в зоне их эксплуатации изменяется от 0,3 до 0,7 г/л, местами возрастая на урбанизированных территориях, и закономерно увеличиваясь с глубиной залегания горизонтов в северо-восточном направлении. Компонентами, существенно ухудшающими качество подземных вод региона, в первую очередь являются: железо, жесткость, альфа-радиоактивность, литий, фтор и стронций (таблица 1).
Среднее содержание железа в эксплуатационных горизонтах в Московской области находится на уровне 0,6-1,0 мг/л (2-3,3 ПДК) и превышает нормативные значения в 50% скважин. Характер распределения железа в подземных водах свидетельствует о преимущественно природном его происхождении, вне зависимости от потенциальных источников техногенного загрязнения, с глубиной концентрации железа в подземных водах уменьшаются. Вместе с тем увеличение концентраций железа приурочено к наиболее промышленно освоенным и заселенным районам. Поэтому, помимо водовмещающих пород, техногенные причины и коррозия скважин могут служить дополнительным источником повышенного содержания железа в подземных водах, накладываясь на природные процессы.
Средняя величина жесткости составляет 7 мг-экв/л и превышает нормативные значения в 30% скважин. Часто превышение ПДК по жесткости на локальных участках обусловлено наиболее интенсивным водоотбором. Общая альфа-радиоактивность воды характеризуется средней величиной 0,1-0,2 Бк/л (0,5-0,1 ПДК) и имеет природное происхождение. В повышенных количествах встречается в среднем в 25% скважин, но как правило, расширенные радиологические исследования воды во всех случаях подтверждают ее безвредность для использования в питьевых целях.
Литий в превышающих ПДК концентрациях обнаруживается в 25% скважин, несмотря на среднее содержание 0,02-0,03 мг/л (0,7-1 ПДК). Основным его источником являются прослои глин и мергелей в водовмещающих карбонатных породах, в которых среднее содержание лития в несколько раз выше кларкового.
Среднее содержание фтора в эксплуатационных горизонтах находится на уровне 0,6-1,2 ПДК и превышает нормативные значения в 10- 30% скважин. Стронций характеризуется средней величиной 1,2-4,6 ПДК и в повышенных количествах встречается в 5-25% скважин.
Наиболее высокие содержания лития, стронция и фтора наиболее характерны для подольско-мячковского, каширского и алексинско-протвинского горизонтов. Ореол повышенных концентраций фтора, стронция и лития охватывает значительную часть региона. Он распространяется на Химкинский, Красногорский, Одинцовский, Наро-Фоминский, Ленинский, Подольский, Домодедовский, Чеховский, Люберецкий, Раменский районы, в т.ч. и практически на всю территорию Новой Москвы. Повышенное содержание этих микрокомпонентов в водах всех водоносных горизонтов на территории области имеет природное происхождение, и источником их повышенных концентраций в подземных водах являются минералы водовмещающих пород. В частично присоединяемых к городу Москве районах Московской области процент встречаемости превышений ПДК по содержанию фтора, стронция и лития в каширском и алексинско-протвинском горизонтах в 2-3 раза больше, чем в целом по Московскому региону. На фоне природных характеристик водоносных горизонтов и комплексов каменноугольных отложений следует отметить их явное техногенное загрязнение на некоторых территориях Московской области (города Люберцы, Химки, Электросталь, Дзержинский, Щелково). Это происходит, прежде всего, в результате привносимого с поверхности загрязнения в процессе работы водозаборов, так как около 80% отбора подземных вод осуществляется в границах промышленной и селитебной застроек, где вероятность поступления загрязнений с поверхности в эксплуатируемые водоносные горизонты наиболее велика. Повышенное содержание аммония, нитратов и окисляемости, как индикаторов антропогенной нагрузки, наиболее сильно ощущается в Балашихинском, Люберецком, Лотошинском и Луховицком районах.
Другим источником некондиционных подземных вод может служить их подтягивание из нижележащих горизонтов, что характерно обычно для водоносных горизонтов нижнего карбона. Эти процессы происходят на участках с интенсивным водоотбором и приводят в основном к увеличению концентрации фторидов и сульфатов. Для менее урбанизированных районов области, какими считаются районы, переходящие к Москве, острота проблемы техногенного загрязнения подземных вод возрастает в том случае, когда в кровле водоносных горизонтов отсутствуют глинистые слабопроницаемые слои, препятствующие проникновению загрязнения с поверхности земли, из грунтовых и поверхностных вод. Поскольку в общем случае водоносные горизонты наименее защищены в долинах рек, загрязнение здесь происходит при поступлении речных вод в эксплуатационный водоносный горизонт на участках расположения водозаборов вблизи рек в условиях хорошей гидравлической связи эксплуатируемого горизонта с рекой. Такие условия характерны для подольско-мячковского водоносного горизонта по долинам рек Пахра и Десна, в т.ч. и для Деснянского участка.
В Московской области водозаборы нередко эксплуатируют одновременно 2-3 водоносных горизонта, располагающихся на разных глубинах. Поэтому основной способ водоподготовки - смешивание добываемой воды в резервуарах водозаборов. В некоторых городах и районах ближнего Подмосковья (Одинцово, Видное, и др.) в последние годы практикуется смешение подземных вод и поверхностной воды из московского водопровода. Смешение вод из различных источников благоприятно влияет на качество воды, подаваемой населению и предприятиям, и зачастую позволяет добиться снижения концентраций всех показателей до нормативных значений без применения дополнительных методов водоподготовки. Однако опыт показывает, что смешивание не защищают людей в случае техногенного загрязнения подземных вод.
Учитывая практически повсеместно не отвечающее питьевым нормам качество подземных вод, одним из рациональных вариантов решения вопроса водоснабжения присоединяемой к г. Москве территории представляется совместное использование подземных вод и воды из системы Мосводоканала. Например, если крупные населенные пункты, такие как Подольск, Климовск, Троицк, Апрелевка, частично перевести на водоснабжение из московского водопровода, то при этом решается вопрос качества воды, и освобождается часть ресурсов подземных вод, которыми можно обеспечивать водоснабжение новых объектов на территории Новой Москвы. Существующие городские водозаборы подземных вод можно использовать как резервную систему водоснабжения.
В качестве одного из вариантов развития водоснабжения Новой Москвы можно рассматривать освоение месторождений нераспределенного фонда недр смежных территорий, например Приокского месторождения на юге области, разведанного с целью создания объединенной системы водоснабжения Москвы и Московской области и обладающего запасами 1,2 млн. м3/сут. качественной питьевой воды.
Фото: novostroy.ru
Журнал «Вода Magazine», №5 (57), 2012 г.
