ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 5, с. 387-399
УДК 556.3
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОГО ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗЕЛЕНОДОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ЭКОСИСТЕМЫ ВОЛЖСКО-КАМСКОГО ЗАПОВЕДНИКА: ПРОТИВОРЕЧИЯ И КОМПРОМИССЫ
© 2015 г. Т. В. Гараева*, А. А. Жоров**, О. А. Олиферова*
*ЗАО "ГИДЭК", ул. 15-я Парковая, д. 10А, Москва, 105203 Россия. E-mail: info@hydec.ru
**ООО "Браная Энвайронмент", ул. Сходненская, д. 56, БЦ "Калейдоскоп", оф. 5.01, г. Москва, 125363 Россия.
E-mail: aaj@branan.ru
Поступила в редакцию 12.02.2015 г.
На базе специально разработанной гидродинамической схемы взаимодействия подземных и поверхностных вод для территории Зеленодольского месторождения пресных подземных вод методом математического моделирования оценено влияние максимального проектного водоотбора на уровни подземных вод, баланс озер и растительность территории Волжско-Камского заповедника. Обосновано отсутствие такого влияния при освоении первой очереди месторождения, рекомендована дальнейшая схема освоения месторождения по результатам мониторинга состояния окружающей среды.
Ключевые слова: прогнозное моделирование, оценка запасов, Зеленодольское месторождение, Волжско-Камский заповедник, понижение уровня, баланс озера.
Оценка возможного влияния проектных водозаборов подземных вод на природную среду -одна из задач, решаемых при оценке эксплуатационных запасов подземных вод (ЭЗПВ), особенно актуальная для проектных водозаборов, в области влияния которых расположены особо охраняемые территории - заповедники, заказники и т.д. В этих случаях при обосновании схем водоотбора природоохранные ограничения являются определяющими. Научно-прикладные и управленческие аспекты данной проблемы рассматриваются в настоящей статье на примере Зеленодольского месторождения подземных вод, разведанного для водоснабжения г. Казани, участки которого непосредственно граничат с Волжско-Камским государственным природным биосферным заповедником (ВКГЗ).
Опыт исследований влияния водоотбора подземных вод на природные экосистемы.
Среди территорий-аналогов, близких по природным условиям к территории ВКГЗ и сходных по постановке проблемы (риск иссушения почв из-за водоотбора и водоотлива), можно выделить всесторонне исследованные районы Германии: Фурбергское Поле, Люнебургская Пустошь, Гессенские Плавни, долина р. Лойзах с водозабором
Оберау, залесенные террасы р. Рейн с водозабором Гартвальд, район угледобычи и интенсивного водоотлива Гарцвайлер в бассейне р. Эрфт; а также Голландии, где даже была принята национальная программа по борьбе с иссушением и восстановлению влажных экосистем. Максимум внимания к экологическим проблемам в районах водоотбора в Германии пришелся на 70-80-е годы минувшего столетия, а в Голландии захватил и 1990-е. Опыт исследований в Германии и Голландии детально проанализирован [3, 4], а в сжатом виде представлен в статьях А.А. Жорова [5, 6]. В настоящее время острота проблем сгладилась, поскольку многолетние наблюдения не выявили значительных изменений экосистем. Впрочем, продолжение эксплуатации угольных разрезов Гарцвайлер при значительном водоотливе сопровождается водохозяйственными мероприятиями по компенсации всех негативных эффектов для ценных экосистем и комплексным мониторингом окружающей среды. В 2010 г. для поддержания водного режима влажных местообитаний было направлено 67 млн м3 вод, откачиваемых при эксплуатации разрезов; в 2012 г. эта величина достигла 72 млн м3. Наблюдения за составом растительных сообществ проводятся почти на 300 постоянных площадках, сгруппированных по
12 блокам долинных местообитаний в зоне влияния карьерных разработок на площади примерно 15 х 20 км [12, 13].
Известны примеры повреждения пойменных лесов вблизи размещенных в них эксплуатационных скважин Больше-Суходольского, Ольховского и Кондрашевского водозаборов, расположенных на пойме Северского Донца в Ростовской и Луганской областях при близком к поверхности положении уровня первого от поверхности водоносного горизонта в естественных условиях. На Ольховском, Кременском и Лисичанском водозаборах в тех же условиях искусственное пополнение речной водой крупных пойменных озер оказалось очень эффективным для сохранения и оздоровления лесов [10, 11].
Изучение территорий-аналогов позволяет сформулировать общие закономерности влияния водоотбора на природные экосистемы, особенно при наличии материалов комплексных наблюдений за состоянием окружающей среды с начала водоотбора, что бывает крайне редко:
1. Запланированное освоение месторождений подземных вод проводилось, несмотря на противоречия с интересами лесного, сельского хозяйства и охраны природы. Компромисс достигался путем уступок при определении величины водо-отбора и изменения схемы водозаборов, обосновании и осуществлении компенсационных и профилактических мероприятий.
2. Степень воздействия водоотбора на окружающую среду зависит от локальных гидрогеологических и ландшафтных условий. Главное значение имеет взаимосвязь водного режима корнеобитае-мого слоя и целевых водоносных горизонтов.
3. Зоны возможного влияния проектного во-доотбора приурочены к областям с неглубоким залеганием уровня подземных вод (в основном к речным долинам). Междуречные поверхности, в пределах которых уровень грунтовых вод залегает глубоко, не испытывают влияния от водоотбо-ра в любых масштабах независимо от величины снижения уровня грунтовых вод.
4. При скорости снижения уровня грунтовых вод более 30 см/год корневые системы деревьев не успевают приспосабливаться к изменяющимся условиям увлажнения; при скорости < 30 см/год средневозрастные насаждения и подрост адаптируются к новым условиям увлажнения - это наблюдается до нижней границы корнеобитаемого слоя. Деревья молодых групп возраста менее под-
вержены водному стрессу, чем приспевающие и спелые.
5. Самые существенные изменения в экосистемах происходят после сухих лет, когда растительный покров не восстанавливается после суммарного водного стресса (осадки + водоотбор или другие факторы, уменьшающие увлажнение).
6. Даже в естественных условиях растительные сообщества по-разному реагируют на изменения увлажнения. Необходимо различать флуктуации растительных сообществ в зависимости от выпадения осадков и тренды их направленной трансформации, что может быть сделано только в результате многолетних наблюдений.
7. Освоение месторождений подземных вод производится поэтапно и сопровождается комплексными наблюдениями (мониторингом) окружающей среды. Если наблюдения свидетельствуют об отсутствии воздействия на этапах пробной эксплуатации и освоения первой очереди, то возможно приступать к освоению последующих очередей.
8. Любые негативные последствия для окружающей среды в результате водоотбора могут быть компенсированы, причем часто экономичным способом (путем сброса подземных вод в водоемы или регулирования поверхностного стока). Компенсирование или даже профилактика последствий оказываются дешевле борьбы с ними.
Зеленодольское месторождение подземных
вод располагается к западу от г. Казани (практически примыкает к городу) в междуречье рек Казанка и Илеть и приурочено к палеоврезу, заполненному древним плиоценовым аллювием пра-Волги (рис. 1). Палеодолина представляет собой протяженную довольно широкую (3-7 км), извилистую полосу с глубиной эрозионного вреза от 80 до 200 м. Подземные воды, приуроченные к песчаным отложениям палеодолины, представлены пресными водами с минерализацией преимущественно 0.2-0.3 г/л. Плиоценовые палеодоли-ны "вложены" в терригенно-карбонатную толщу верхнепермских отложений, представленную трещиноватыми мергелями, песчаниками, известняками и доломитами (рис. 2).
Непосредственно на территории Зеленодольской палеодолины расположен Волжско-Камский государственный природный биосферный заповедник (ВКГЗ) - особо охраняемая природная территория, где запрещена любая деятельность, противоречащая задачам заповедника. В связи с этим, в процессе оценки ЭЗПВ Зеленодольского
м
0
и
1
О
К ^
к
к
*
м
к
м ч
к
£
М
В
О К
К Й ч О
М
В
О К
м
О *
К
в
о ^ч К ¡я
ю о
I ^ граница участков Зеленодольского месторождения ///у/, территория Волжско-Камского заповедника ....... граница охранной зоны заповедника
водозаборные узлы проектного Зеленодольского водозабора действующие водозаборы подземных вод
Рис. 1. Схема расположения участков Зеленодольского месторождения подземных вод и Волжско-Камского заповедника.
О
а
м
к
ю о
из
о *
к о
О
ю
к ¡я
к к ¡я
и *
0
я
1
а
к к
из §
м
к
ё в
6П
о §
^ч о
м о ч о ч
о *
м
к к
¡я
ас ю
месторождения, выполненной ЗАО "ГИДЭК" в 2010 г., центральная и большая часть палеодо-лины, расположенная на территории заповедника, была исключена из расчетной схемы водозабора, и в пределах палеодолины было выделено два перспективных для размещения проектных водозаборов участка - Западно-зеленодольский и Восточно-зеленодольский (см. рис. 1). Оценка эксплуатационных запасов подземных вод Зеленодольского месторождения выполнена методом математического моделирования на специально разработанной численной модели с учетом гидродинамических, гидрогеохимических и природоохранных ограничений (обоснование отсутствия влияния эксплуатации проектных водозаборов на водный баланс поверхностных вод и природные ландшафты территории ВКГЗ) [7]. Запасы месторождения были оценены в количестве 200 тыс. м3/сут (категория С2), при этом территория ВКГЗ и его охранные зоны были исключены из площади месторождения. Освоение месторождения предполагается выполнить в несколько стадий, по мере обоснования водопотреб-ления растущих в западном направлении новых районов г. Казани.
Природа ВКГЗ и роль заповедника в сохранении окружающей среды. Заповедник создан 13 апреля 1960 г., имеет международный статус биосферного резервата ЮНЕСКО с 2004 г. Площадь ВКГЗ составляет 6 тыс. га, а площадь его охранной зоны - 15 тыс. га, при этом лесо-покрытая площадь превышает 90%. Заповедник - место концентрации редких видов живых организмов, целый ряд которых за пределами заповедника для территории Татарс
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.