Hydrogeoecological condition of the water supply of the population of the south of Siberia.pdf Введение Обеспечение населения чистой питьевой водой является одной из составных частей концепции устойчивого развития, под которым понимается обеспечение сбалансированного решения социально-экономических задач и задач сохранения природно-ресурсного потенциала окружающей среды. В течение многих лет мы занимались вопросами гидрогеологии Алтае-Саянской складчатой области и ее платформенного обрамления, принимали активное участие в разработке региональных программ по обеспечению питьевой водой населения Томской области и Республики Хакасия. Некоторые результаты, основанные на материалах собственных исследований [1-6], фондовых источников, публикаций [7-9 и др.] и сведений, собранных при разработке указанных программ, в самом общем виде рассмотрены в рамках данной статьи. Особенности геоэкологических условий Территория региона, административно совпадающая с югом Сибирского Федерального округа (Томская, Кемеровская, Новосибирская области, республики Хакасия, Алтай, Тыва, юг Красноярского края, Алтайский край) и расположенная в пределах Алтае-Саянской складчатой области и прилегающих пространств Западно-Сибирской плиты, характеризуется исключительным разнообразием природных ландшафтно-климатических, геолого-структурных и гидрогеологических условий, определяющих особенности хозяйственной деятельности и общей социально-экономической и экологической обстановки. Горноскладчатая часть региона представляет собой систему глубоко эродированных хребтов Горного Алтая, Кузнецкого Алатау, Западного и Восточного Саянов, Тану-Ола и Сангилена, между которыми располагаются Кузнецкая, Минусинские, Рыбинская, Тывинские и ряд других, более мелких межгорных впадин. В пределах хребтов преобладает среднегорный рельеф, на юге развиты участки высокогорья. В северном и северо-западном направлениях горные массивы после-довательно сменяются низкогорным рельефом, а затем всхолмленными возвышенностями, характерными для Салаира и Колывань-Томской складчатой зоны, и, наконец, пространствами ЗападноСибирской равнины. Климат региона резко континентальный. Среднегодовая температура воздуха изменяется от +0,6°С на юго-западе до -3,5°С на северо-востоке и -5-6°С в высокогорных районах. Годовое количество осадков большей части территории составляет 400-500 мм, что при малых величинах испарения обеспечивает избыточное увлажнение. В степных районах (Алтайский край, Новосибирская область) и внутренних частях межгорных котловин количество осадков уменьшается до 200-250 мм, а условия близки к полуаридным. Осадки до 1 000-1 100 мм и более отмечены на горных склонах Кузнецкого Алатау, перехватывающих влагу западных воздушных течений. Густота речной сети, принадлежащей бассейнам Оби и Енисея, в горных районах достигает 0,7-0,8 км/км2, в таежных районах Западной Сибири составляет 0,350,40 км/км2, а в бессточных котловинах, таких как Кулун-динская и Барабинская, и внутренних степных частях межгорных впадин снижается до 0,1 км/км2 и менее. Среднегодовые модули стока в засушливых районах котловин составляют от 0,7 до 2,7, в горных районах могут достигать более 25 л/(с • км2). Широко развиты озера, а в таежной зоне Западной Сибири - болота, создающие мощный демпфирующий эффект в регулировании режима стока и обеспечивающие особый тип грунтово-болотного питания рек. Распределение населения региона неравномерно (табл. 1). При низкой плотности населения в республиках Тыва и Алтай, в горных районах Красноярского края, Кемеровской области и Республики Хакасия, а также в таежных пространствах Томской и Новосибирской областей подавляющая его масса сосредоточена на ограниченных площадях. Таковы мощные промыш-ленно-селитебные Кемеровская и Новокузнецкая агломерации в Кузбассе, Новосибирская в Новосибирской области и Абакан-Черногорская - в Республике Хакасия. Менее напряженная, но имеющая собственную специфику обстановка характерна для южных районов Томской области. Техногенная нагрузка обусловлена различными видами хозяйственной деятельности. Основное воздействие на окружающую, в том числе и на геологическую, среду оказывают разработка месторождений полезных ископаемых, сельскохозяйственная деятельность, комплексное техногенное влияние различных производств в пределах урбанизированных территорий, объекты энергетики, особенно атомной. Неоднородность геоэкологических и гидрогеологических условий, неравномерность распределения населения, специфика хозяйственной деятельности каждого из субъектов Федерации и, как следствие, особенности техногенной нагрузки требуют повышенного внимания при использовании водных ресурсов в целях устойчивого жизнеобеспечения территорий, в том числе и для организации надежного экологически безопасного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Организация водоснабжения населения Более 70% населения (от 25% в Республике Алтай до 87% в Кемеровской области) сосредоточено в городских населенных пунктах, среди которых 88 городов различного уровня подчинения и 119 поселков городского типа. Сельское население проживает в селах, объединенных в 1 996 сельских администраций. Только 24 населенных пункта, согласно СНиП 2.04.02-84, относятся к I категории надежности подачи воды (число жителей более 50 тыс. человек). Подавляющее большинство составляют малые населенные пункты, что создает определенные сложности в обеспечении населения надежными источниками водоснабжения. Считается, что страна или регион периодически будут испытывать дискомфорт, если удельная обеспеченность населения составляет менее 1,7 тыс. м3 в год на 1 человека. В рассматриваемом регионе только речной сток даже в пределах наиболее урбанизированной и, следовательно, располагающей относительно малыми удельными водными ресурсами Кемеровской области обеспечивает не менее 15 тыс. м3 воды в год на каждого жителя (табл. 1). Ресурсы пресных подземных вод составляют от 2,1 до 68,6 тыс. м3/год на 1 человека. Таким образом, по природным условиям регион в целом хорошо обеспечен водными ресурсами, однако это благополучие относительное. Ресурсы далеко не всегда присутствуют там, где они нужны конкретному потребителю. Т а б л и ц а 1 Некоторые показатели обеспеченности населения водными ресурсами1 Субъект Федерации Площадь, тыс. км2 Население Ресурсы, не менее тыс. м3 / год на 1 чел. Месторождения подземных вод Удельный отбор, л/сут на 1 чел. 2002 г. 2012 г. Количество, тыс. чел. Плотность, чел./км2 Поверхностных вод Подземных вод Количество, шт. Разведанные запасы, м3/сут на 1 чел. Всего Из поверхностных источников Из подземных источников Всего Из поверхностных источников Из подземных источников Томская область 314 1064 3,4 50 36,4 25 0,81 242 - 242 145 - 145 Кемеровская область 96 2743 28,6 15 2,8 46 0,67 486 305 181 235 170 65 Республика Хакасия 62 533 8,7 25 28,3 22 0,88 287 9 278 161 10 151 Республика Алтай 93 210 2,3 95 35,3 4 1,00 93 21,1 72 59 10 49 Новосибирская область 178 2710 15,2 15 2,1 43 0,43 401 208 193 264 166 98 Республика Тыва 169 311 1,8 80 68,6 3 0,65 227 3 224 81 1 80 Красноярский край (юг) 143 858 6,0 50 19,5 17 0,86 201 - 201 131 23 108 Алтайский край 168 2399 14,3 15 4,9 112 0,80 380 24 356 210 113 97 1 Население и площадь субъектов РФ (2012 г.) приведены по данным [10]. Ресурсы и водоотбор - по материалам [11]. Для водоснабжения используются поверхностные и подземные воды. Вариант использования поверхностных вод для хозяйственно-питьевых целей нельзя считать удовлетворительным в связи с уже существующим их загрязнением (Томь, Иня и др.) и полной незащищенностью от потенциальных катастроф, примеры которых широко известны как в России, так и за рубежом (Чернобыль, прорыв вод, содержащих цианиды, в бассейне Дуная и др.). Тем не менее в Новосибирской и Кемеровской областях поверхностные воды широко используются для водоснабжения населения. В большинстве городов водоснабжение базируется на совместной эксплуатации поверхностных и подземных источников, однако в наиболее крупных из них доля поверхностных вод достигает 80%. В Республике Алтай и Алтайском крае поверхностные воды для питьевых нужд используются в меньшей мере, а в Томской области не используются вовсе. Доля подземных вод в общем водопотреблении составляет от 39-70 (Новосибирская и Кемеровская области) до 98-100% (Республика Хакасия, Томская область). Активно эксплуатируются горизонты стратифицированных отложений широкого возрастного диапазона и различного литологического состава: от закарсто-ванных известняков рифея и венда до современных аллювиальных гравийно-галечниковых образований. Для организации централизованного водоснабжения крупных потребителей стратегическое значение на территории Западно-Сибирского артезианского бассейна (Томская, Новосибирская области, Алтайский край) имеют водоносные комплексы палеогеновых, меловых и, в меньшей мере, неоген-четвертичных отложений, на территории Алтае-Саянской гидрогеологической складчатой области - комплексы аллювиальных четвертичных отложений крупных речных долин (юг Красноярского края, Республика Хакасия, Кемеровская область) и неоген-четвертичных отложений межгорных впадин (республики Алтай, Тыва). На территории региона разведано около 400 месторождений пресных подземных вод с запасами около 8,5 млн м3/сут, что составляет, в среднем, 760 л/сут на 1 человека. Наиболее полно разведаны подземные воды в Кемеровской области, где, несмотря на низкую удельную обеспеченность разведанными запасами, доказана принципиальная возможность удовлетворения нужд основной массы населения, в том числе и сельского. С различной степенью детальности, но, в целом, гораздо хуже изучены подземные воды в Томской области и в Республике Хакасия (например, в Республике Хакасия разведанные запасы даже наиболее хорошо изученного комплекса аллювиальных отложений составляют не более 10% от потенциальных). Высокие средние значения удельной обеспеченности связаны с тем, что основная доля разведанных запасов приходится на крупные единичные месторождения, такие как Томское и Черногорское, обеспечивающие нужды административных центров. Эти месторождения, уникальные по запасам, являются в то же время типичными представителями, характерными для основных гидрогеологических структур. Первое из них с разведанными и утвержденными ранее эксплуатационными запасами подземных вод до 500 тыс. м3/сут расположено в пределах Обь-Томского междуречья и относится к месторождениям платформенного типа, второе является представителем месторождений в речных долинах (долина р. Абакан), а его эксплуатационные запасы были утверждены в сумме 287,7 тыс. м3/сут. Доля крупных месторождений среди разведанных в Алтае-Саянской складчатой области не превышает 2%. Основную часть составляют месторождения, приуроченные к трещинным и трещинно-карстовым коллекторам. Для них характерны сложные и очень сложные гидрогеологические условия, сравнительно небольшие размеры, высокая неоднородность фильтрационных свойств водовмещающих пород и нередкая неопределенность как обеспеченности, так и самих источников формирования ресурсов подземных вод. Более 100 месторождений с общими запасами порядка 1 400 тыс. м3/сут (около половины запасов, разведанных в регионе) не эксплуатируются по различным причинам - от ухудшения качества воды (Сорское, Ка-ландасское и др.) и отсутствия предприятия, для которого оценивалось месторождение (Аскизское), до прекращения финансирования и полного отказа от уже начатого строительства водопроводов, в том числе и групповых (Ширинское). Среди неосвоенных - как мелкие, так и крупные месторождения, такие, например, как Кемеровская группа месторождений, где отдельные из них имеют запасы, превышающие 100 тыс. м3/сут. В Томской области не эксплуатируются 12 достаточно крупных месторождений с общими утвержденными ранее запасами более 280 тыс. м3/сут. Суммарный общий отбор подземных вод составляет более 2 700 тыс. м3/сут. В эту цифру не входит расход воды, отбираемой индивидуальными источниками водоснабжения, которыми пользуется некоторая часть населения даже в наиболее крупных городах. В сельской местности эта часть может быть весьма существенна в связи с недостаточным развитием водопроводных сетей. Кроме того, в ряде малых населенных пунктов вообще нет коммунального водоснабжения. Среднее удельное водопотребление в Томской области и Республике Хакасия близко к среднему российскому, в Кемеровской, Новосибирской областях и Алтайском крае превышают ее, в Республике Алтай -намного ниже. Для сравнения: водопотребление, имеющее выраженную тенденцию к снижению, не превышает в Японии и Швеции 200-215 л/сут, а в Германии составляет 120 л/сут на 1 человека. Городское население в Республике Хакасия, согласно официальной отчетности, потребляет 222, в Томской области 169, в Кемеровской - 175 л/сут воды на человека. Диапазон величин удельного водопотребления по отдельным городским населенным пунктам очень широк. Их значения колеблются от 47-107 (пгт. Усть-Абакан, гг. Юрга, Колпашево и др.) до 266-380 (гг. Стрежевой, Абаза, Саяногорск) и даже 585 л/сут (г. Сосновоборск). Максимальное водопотребление принадлежит городам, расходующим большие объемы воды на производственные нужды. В сельской местности колебания средних величин в отдельных районах составляют от 22 до 304 л/сут. Наиболее велики они в степной и лесостепной полуаридных зонах, причем на хозяйственно-питьевые цели расходуется 46-53% потребляемой воды. Минимальные значения относятся преимущественно к гумидной зоне, а доля хозяйственно-питьевого водоснабжения возрастает до 72-76%. Возникает парадокс: водопотребление максимально там, где воды мало, минимально там, где она есть. По нашему мнению, это связано с тем, что в засушливых районах обеспечение населения базируется в подавляющей своей массе на эксплуатации коммунальных систем водоснабжения, на которых существует учет отбираемой воды. Малые же значения показателей, характерные для гумид-ной зоны, объясняются не недостатком воды, а отсутствием настоятельной, жизненно необходимой потребности в коммунальных водозаборных сооружениях и, соответственно, самих сооружений и учета водопотребления. Проведенный анализ тенденций развития водоснабжения свидетельствует о выраженном в последние десятилетия снижении объемов водопотребления. Среди причин следует указать общий упадок экономики предприятий и агропромышленного комплекса (1990-е гг.), и наметившееся в последнее время упорядочение системы учета водопотребления. Вместе с тем снижение общего водоотбора даже в тех районах, где статистические показатели водопотребления имеют низкие значения, позволяет утверждать, что острого дефицита воды на подавляющей части территории нет - население, в среднем, отбирает столько воды, сколько ему требуется и сколько позволяет техническое оснащение систем водоснабжения. Современный облик систем водоснабжения в значительной мере отражает тенденции, существовавшие в эпохи индустриализации, территориально -промышленных комплексов и освоения целинных земель, когда основным принципом развития экономики было создание градоформирующих объектов (Кузнецкий металлургический, Сибирский химический, Сорский молибденовый комбинаты, Саянский алюминиевый завод и др.), а социальная сфера финансировалась по остаточный схеме. В целом современный уровень централизации и технического оформления систем водоснабжения все еще в значительной мере определяется статусом населенных пунктов и финансовым положением гра-доформирующих предприятий. Централизованные системы водоснабжения, имеющие практически весь набор необходимых сооружений, реализованы в крупных административных и промышленных центрах. В поселках городского типа системы водоснабжения наиболее часто организованы по следующей схеме: локальный водозабор с насосными станциями I подъема (обычно погружные насосы ЭЦВ) -напорно-регулирующая емкость - разводящая водопроводная сеть (кольцевая или тупиковая), оборудованная вводами в дома и водоразборными колонками. Реже используются децентрализованные системы (водозабор -башня, сети отсутствуют) и системы с несколькими водозаборами, работающими на общую кольцевую сеть. Используются как групповые водозаборы (от 2 до 17 скважин), так и одиночные скважины. В отдельных поселках используются и шахтные колодцы. В сельской местности централизованными системами (один или несколько водозаборов и разводящие сети) обеспечено ориентировочно 45-50% населенных пунктов и населения, децентрализованными системами общего пользования - третья часть, а только автономными системами - около 20% населенных мест (малые населенные пункты, имеющие первые десятки, иногда до 200-300 жителей). Такие населенные пункты есть в каждом административном подразделении, но в степных районах они единичны, в то время как в горных составляют 25%, а иногда до 60% населенных мест. Основными водозаборными сооружениями коммунальных систем водоснабжения являются скважины. Глубина скважин изменяется от 14 до 200 м, около 60% имеют глубину 50-100 м. Значительная часть скважин имеет срок эксплуатации, близкий к предельному. В Республике Хакасия, например, 80% скважин эксплуатируется более 20 лет, а многие из них пройдены еще до 1975 г. Особую тревогу вызывает состояние водопроводных сетей. Их предельная изношенность в ряде крупных городских населенных пунктов (гг. Абакан, Черногорск, Новокузнецк и др.) при все еще совершенно недостаточных объемах реновационных работ дает основание считать реальной угрозу возникновения аварийных ситуаций. В ряде сельских населенных мест сети отсутствуют, а там, где имеются, их износ нередко достигает 80-90%. Анализ состава, технического оснащения и режима эксплуатации систем водоснабжения в малых и средних населенных пунктах позволяет сделать вывод, что самым существенным их недостатком является практически полное, особенно в сельской местности, отсутствие сооружений для очистки воды. Низкая обеспеченность станциями водоподготовки объясняется не только финансовыми сложностями, но и недостатком информации о современных технологиях и технических средствах и отсутствием хорошо проработанных и адаптированных к местным условиям проектов установок небольшой производительности для сельских маломощных водозаборов. Качество вод и технологии водоподготовки Воды, приуроченные к верхней части гидрогеологического разреза и использующиеся для хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, разнообразны по ионно-солевому составу, величине общей минерализации, отдельным гидрогеохимическим показателям, изменчивость которых подчиняется известным закономерностям гидрогеохимической зональности: высотной в пределах Алтае-Саянской складчатой области и широтной на территории Западно-Сибирской плиты. Многообразие состава и качества подземных вод Алтае-Саянской складчатой области практически полностью отражается в табл. 2. В пределах гипсометрически приподнятых гидрогеологических массивов, в условиях избыточного увлажнения формируются и, соответственно, используются для водоснабжения преимущественно гидрокарбонатные воды. Общая минерализация вод изменяется от 125 до 917 мг/дм3, составляя в среднем 393 мг/дм3. Минимальные значения минерализации характерны для вод гранитоидов и кембрийских известняков, максимальные - для вод девонских отложений. По катион-ному составу воды магниево-кальциевые в гранитоид-ных интрузиях и более сложные - в палеозойских и протерозойских породах. В подземных водах пород девонского возраста возрастают содержания сульфатов, а среди катионов, наряду с кальцием, присутствует натрий. По общей жесткости воды горной части преимущественно умеренно жесткие, реже мягкие. Повышенные ее значения отмечены в девонских, кембрийских и ри-фейских породах, где доля водозаборов с водами, некондиционными по этому показателю, составляет 1525%. Значительно чаще встречаются воды с некондиционными показателями по железу, а его содержания в отдельных случаях достигают десятков ПДК. По мере перехода от горной части к степной, т.е. к структурам межгорных бассейнов, уменьшается интенсивность водообмена, а воды становятся значительно более минерализованными и обогащенными как макро-, так и микрокомпонентами. Для подземных вод каменноугольных и пермских отложений характерны пестрота химического состава и минерализации, высокая встречаемость вод, некондиционных по ряду нормируемых показателей. В породах девонского возраста воды часто становятся сульфатно-гидрокарбонатными и даже гидрокарбонатно-суль-фатными, а минерализация превышает 1 г/дм3. В красноцветных разностях пород отмечаются сульфатный и хлоридный составы и наиболее высокая, до 5 г/дм3 и более, минерализация подземных вод. Воды кембрийских и рифейских отложений, а также палеозойских интрузивных пород пресные гидрокарбонатные кальциевые, иногда натриевые и магниевые. Сухой остаток изменяется от 0,15 до 0,7 г/дм3 при средних значениях 0,32-0,52 г/дм3. Воды комплекса четвертичных аллювиальных отложений пресные, гидрокарбонатные с различным катионным составом, нейтральные и слабощелочные, мягкие и умеренно жесткие. Минерализация в среднем составляет около 500 мг/дм3. В долинах крупных рек она редко достигает средней величины, а непосредственно в береговой полосе на участках расположения инфильтрационных водозаборов зачастую составляет 110-130 мг/дм3, т.е. близка к речным водам, доля которых в отбираемом водозабором расходе может достигать 80-90% и более. На участках, удаленных от поверхностных водотоков, встречаются подземные воды, имеющие повышенные минерализацию, жесткость, содержания сульфатов, хлоридов, магния и натрия. Подобные аномалии связаны с разгрузкой более минерализованных подземных вод подстилающих коренных отложений, усиленной работой водозаборных сооружений. Т а б л и ц а 2 Типизация состава и качества природных вод, использующихся для водоснабжения населения центральной части Алтае-Саянской складчатой области Осложняющие компоненты Классы и подклассы по минерализации я и ц льфат-ионы ь т с о ц е 9 я и н е н и )кты у д о р Технологии водоподготовк (индексы схем см. в табл. 3) Типы и подтипы по ионному составу* а s тк с

Скачать электронную версию публикации