ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 4, с. 351-366
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
УДК 55.556
РЕСУРСЫ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД РОССИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ1
© 2015 г. И. С. Зекцер, О. А. Каримова, А. В. Четверикова
Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: zektser@aqua.laser.ru Поступила в редакцию 22.10.2014 г.
Проведен анализ ресурсов пресных подземных вод отдельных средних и крупных городов (с численностью населения более 500 тыс. чел.). Показано использование пресных подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения по отдельным регионам (федеральным округам Российской Федерации) и крупным городам. Установлена взаимосвязь численности городского населения и использования ресурсов пресных подземных вод. Показано, что чем крупнее город (по численности населения), тем меньше вклад подземных вод в хозяйственно-питьевое водоснабжение. Проведено сравнение использования пресных подземных вод России и США. Кратко характеризуется влияние крупного отбора подземных вод на опасность проседания земной поверхности. Рассматриваются современные представления о "чрезмерной" эксплуатации подземных вод. На основании существующих статистических методов выполнены расчеты прогнозной численности населения средних и крупных городов России. Определены современные и прогнозные потребности населения федеральных округов в целом и отдельных городов в питьевой воде в период чрезвычайных ситуаций. Указанные значения современной и перспективной потребности населения сопоставляются с разведанными и утвержденными эксплуатационными запасами подземных вод, что позволяет определить обеспеченность федеральных округов Российской Федерации и указанных городов ресурсами питьевых подземных вод в период ЧС.
Ключевые слова: ресурсы питьевых подземных вод, подземный сток, инфильтрационное питание, хозяйственно-питьевое водоснабжение, чрезвычайные ситуации, обеспеченность подземными водами.
Б01: 10.7868/80321059615040161
В настоящее время пресные подземные воды играют важную роль в хозяйственно-питьевом водоснабжении (ХПВ) многих стран. Это объясняется тем, что подземные воды как источник водоснабжения имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с поверхностными водами. Основные преимущества подземных вод сводятся к следующему: высокое качество и защищенность от загрязнения и заражения по сравнению с поверхностными водами; меньшие многолетние и сезонные колебания, связанные с климатической цикличностью и водностью отдельных лет; как правило, более широкое распространение. Важен и экономический аспект: ввод в эксплуатацию водозаборов подземных вод может осуществляться постепенно по мере роста потребности в воде, в то время как строительство гидротехниче-
1 Статья подготовлена по результатам работ, выполненных при финансовой поддержке РНФ (проект № 14-17-00791).
ских сооружений (водохранилищ, каналов и др.) требует крупных единовременных затрат.
Подземные воды — основной источник водоснабжения во многих странах Европы. В Австрии, Бельгии, Венгрии, Литве, Германии, Белоруссии, Дании, Румынии, Швейцарии и бывшей Югославии доля подземных вод в ХПВ составляет более 70%, а в Болгарии, Италии Нидерландах, Португалии, Франции, Чехии и Словении — 50—70%. Во многих крупных европейских городах подземные воды — основной источник ХПВ. Так, полностью или почти полностью на подземных водах основано водоснабжение городов Гамбург, Будапешт, Вена, Копенгаген, Мюнхен, Рим, Минск, Вильнюс, а в Амстердаме, Брюсселе, Лиссабоне и др. подземные воды покрывают больше половины потребности в воде для хозяйственно-питьевых целей [1, 2, 13, 24].
В настоящей статье рассматривается современное состояние региональной оценки и ис-
пользования подземных вод для водоснабжения городского населения, в том числе в периоды чрезвычайных ситуаций (ЧС) различной продолжительности [13, 14, 19].
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК КОМПОНЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Пресные подземные воды зоны интенсивного водообмена в земной коре — не только единственное возобновляемое полезное ископаемое, но и важный компонент окружающей среды [11, 12]. Любые изменения в других компонентах окружающей среды, например в атмосферных осадках или испарении на поверхности земли, неизбежно сказываются на режиме, ресурсах а часто и на качестве подземных вод. Многолетние и сезонные изменения в речном стоке происходят в подземных водах зоны дренирования и в работе береговых водозаборов так называемого "инфильтраци-онного типа". Сказанное относится как к изменениям осадков, испарения и речного стока, вызванным естественными природными процессами (климатическими и гидрометеорологическими факторами), так и к антропогенным изменениям на водосборах (например, крупное гражданское и гидротехническое строительство, разработка месторождений твердых полезных ископаемых и т.д.), вызывающим изменения в режиме и качестве подземных вод.
Изменения режима и баланса эксплуатируемого водоносного горизонта под влиянием крупного отбора подземных вод могут привести к негативным последствиям в других компонентах окружающей среды. Так, возможно уменьшение меженного стока рек (для береговых водозаборов, расположенных вдоль речных русел), проседание земной поверхности, угнетение и гибель биоценозов в результате снижения уровня грунтовых вод, активизация карстово-суффозионных процессов. Опасность таких негативных процессов необходимо рассматривать и учитывать при оценке и прогнозе эксплуатационных запасов подземных вод и допустимых понижений их уровня на конкретных территориях. Известны многочисленные случаи, когда отбор подземных вод с понижением их уровня ниже допустимого привел к значительному проседанию поверхности земли — до нескольких метров (Мексика, США (штаты Техас, Калифорния), Япония).
Негативные последствия крупного отбора подземных вод наиболее наглядно проявляются при снижении уровней подземных вод, значительно превышающем допустимые значения [7]. При этом происходит истощение эксплуатацион-
ных запасов подземных вод, подтягивание солоноватых или других некондиционных подземных вод в эксплуатируемый водоносный горизонт, интрузия сильноминерализованных морских вод в берега, осушение озер, кольматация русел рек.
При интенсивном отборе подземных вод возможно нарушение естественного баланса экосистем, ландшафтов и природных комплексов, сокращение биологического разнообразия флоры и фауны [11].
При крупном отборе подземных вод для водоснабжения отдельных населенных пунктов часто возникают опасения об истощении подземных вод из-за их "сверхэксплуатации" (понятие, используемое в США), когда отбор подземных вод превышает их восполнение.
Целесообразно внести ясность в понятия "истощение подземных вод" и "сверхэксплуатация подземных вод". Прежде всего нужно отметить ошибочность представления о том, что любое снижение уровня подземных вод при их отборе свидетельствует об их истощении. Без понижения уровня (напора) практически невозможна эксплуатация подземных вод. При этом необходимо определить предел понижения уровня подземных вод при эксплуатации без необратимых изменений в ресурсах и качества подземных вод. В России и ряде других европейских стран различают понятия "истощение подземных вод" (водоотбор превышает питание, и происходит сработка емкостных запасов подземных вод) и "истощение эксплуатационных запасов подземных вод", иными словами — "сверхэксплуатация" (снижение уровня превышает предельно допустимое, установленное при оценке эксплуатационных запасов подземных вод).
Геологической службой штата Гавайи(США) введено понятие "сбалансированный отбор подземных вод", обозначающее усредненный отбор воды из водоносного горизонта, не наносящий ущерб ресурсам подземных вод, не ухудшающий качество вод и не уменьшающий дебит водозаборов и водоисточников. Этот термин используется в ряде регионов США применительно к скважинам, колодцам, галереям. Применительно к водоносным горизонтам это понятие выражает соотношение между питанием водоносных горизонтов, естественной разгрузкой подземных вод и объемом воды в горизонте, т.е. емкостными (статическими) запасами пресных подземных вод.
В Западной Европе и США известны случаи сверхэксплуатации (переэксплуатации) подземных вод, когда отбор из водоносного горизонта превышает питание подземных вод за счет ин-
фильтрации атмосферных осадков. Так, в Испании из 369 бассейнов подземных вод 92 считаются сверхэксплуатируемыми, где откачки подземных вод превышают их питание. Такая ситуация считается допустимой, но контролируется специальными наблюдениями и расчетами [31].
На юге США существует водоносный горизонт Огалала площадью ~ 135 000 км2, который уже более 70 лет находится в условиях сверхэксплуатации. На его значительной территории наблюдается прогрессирующее снижение уровня подземных вод [32].
Важно отметить, что последствия интенсивной эксплуатации подземных вод — ее негативное влияние не только на окружающую среду, но также и на хозяйственную деятельность и экономику недропользования. Так, при угнетении и гибели биоценозов в результате снижения уровней подземных вод возможен значительный ущерб сельскому и лесному хозяйствам.
При сработке уровней подземных вод повышаются затраты на эксплуатацию водозаборных сооружений из-за увеличения глубины и стоимости скважин, стоимости насосов, увеличения длины водоводов при необходимости строительства нового водозабора, увеличения затрат на электроэнергию и т.д.
Проседание земной поверхности может вызвать затопление прибрежных территорий морской водой. При неравномерном проседании разрушаются здания, порты, дороги, подземные коммуникации, происходят деформации мостов, набережных. Экономический ущерб в данном случае весьма значителен [11].
При сокращении речного стока, помимо угнетения водных биоценозов, возможен ущерб рыбному хозяйству.
Можно обозначить два основных способа предупреждения опасности истощения эксплуатационных запасов подземных вод на действующих водозаборах или "борьбы" с уже имеющимся истощением, когда уровни подземных вод эксплуатируемого водоносного горизонта на водозаборах уже превысили
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.