СОСТОЯНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ТЕРРИТОРИИ НОВОЙ

Общероссийская общественная организация «Российский союз гидрогеологов» (Росгидрогео)
представляет гидрогеологический анализ современного состояния ресурсов подземных и
поверхностных вод в Московском регионе, выполненный ведущими специалистами Института
водных проблем РАН и ОАО «Геоцентр-Москва» в связи с решением вопроса водоснабжения
территорий, присоединенных к Москве.
ВОДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МОСКОВСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ:
СОСТОЯНИЕ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
В.И. Данилов-Данильян, Р.Г. Джамалов – Институт водных проблем РАН
В.П. Васильева, Ф.Б. Егоров – ОАО «Геоцентр-Москва»
Общее использование 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). Иными словами, доля подземных вод в водоснабжении Москвы составляет
всего 1,5 %. В пределах мегаполиса осуществляются добыча подземных вод в основном
для производственно-технического водоснабжения и кондиционирования отдельных
предприятий, а также шахтный и дренажный водоотлив при эксплуатации
метрополитена и строительстве инженерных сооружений.
Поверхностные воды из Москвы уже в наши дни поставляются в 8 районов
Московской области в объёмах 0,3–0,4 млн. м3/сут. При этом МГУП «Мосводоканал»
располагает значительными дополнительными ресурсами поверхностной воды, которые
он активно предлагает шире использовать для водоснабжения прилегающих городов
Подмосковья.
В настоящее время водоснабжение Московской области практически полностью
базируется на использовании подземных вод. Доля подземных вод составляет в среднем
90% от суммарного водопотребления. Для целей водоснабжения используются в основном
воды каменноугольных отложений. На присоединяемой к Москве территории юго-запада
Московской области распространены и используются для водоснабжения в основном 3
горизонта [1]: подольско-мячковский, каширский и алексинско-протвинский (рис. 1).
Рис. 1 Проектируемые границы новой Москвы
1
Водоотбор в Московском регионе осуществляется более чем из 8-ми тысяч
скважин. В Москве и области отбирается около 12% подземных вод, добываемых на
территории страны. На территории Новой Москвы величина и плотность водоотбора
относительно невысока – всего около 200 тыс. м3/сут. Причём 85% водоотбора
приходится на подольско-мячковский горизонт, а 70% общей добычи воды
осуществляется скважинами небольшой производительности – до 200 м3/сут.
Прогнозные ресурсы пресных подземных вод по Московскому региону составляют
11,3 млн. м3/сут. Утверждённые запасы подземных вод по г. Москве и области составляют
10,1 млн. м3/сут, из которых по высоким категориям (А и В) разведаны около 60 % – 6
млн. м3/сут. Величина стоящих на балансе запасов более чем в три раза превышает
фактический водоотбор, а разведанных по высоким категориям – 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.
Следовательно, общее количество утверждённых запасов подземных вод не только
полностью покрывает современное водопотребление, но и превышает его в 1,3 раза.
Количество разведанных запасов (категории А и В) составляет 80 % от общего
потребления воды в регионе. Если оценить соотношение запасов подземных вод и общего
водопотребления подземных вод в Московском регионе, то наблюдается расхождения
величин запасов и объёмов их использования (рис. 2).
10000
9000
8000
7000
Запасы, тыс.м3/сут
6000
5000
Разведанные
запасы, тыс. м3/сут
4000
3000
Водоотбор, тыс.
м3/сут
2000
1000
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
0
Рис. 2. Общие и разведанные запасы подземных вод и их использование в Московском
регионе
Такое количество оцененных и разведанных запасов и их соотношение с
потреблением говорит о благоприятной ситуации в регионе. Однако уже многие годы
наблюдается существенное несоответствие этих цифр и реального положения дел.
Запасы подземных вод для водоснабжения Москвы и Московской области
оценивались и утверждались в основном более 30 лет назад. Поэтому проектные схемы
2
размещения водозаборных скважин во многих случаях устарели. Это касается, прежде
всего, месторождений подземных вод так называемого нераспределённого фонда недр в
наиболее благоприятных гидрогеологических и экологических условиях. Площади этих
месторождений не резервировались и активно застраиваются. Поэтому использование
многих месторождений нераспределённого 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 утвержденных запасов.
Однако на территории новой Москвы месторождения нераспределённого фонда
отсутствуют. Гидрогеологические условия данной территории не имеют предпосылок для
выявления крупных месторождений. Каменноугольные водоносные горизонты перекрыты
здесь мощными слабопроницаемыми породами, и соответственно питание подземных вод
затруднено. Единственное крупное месторождение на рассматриваемой территории
разведано в долине р. Десны – Деснянский участок, с утвержденными запасами
подземных вод подольско-мячковского горизонта в 62,9 тыс. м3/сут. Это месторождение
(Деснянский участок) в настоящее время эксплуатируется для водоснабжения г.
Подольска с водоотбором 24–25 тыс. м3/сут. Наряду с этим нередко наблюдается
эксплуатация участков с неутверждёнными запасами. Кроме того, существует огромное
количество эксплуатируемых скважин без оформленных лицензий. Это в первую очередь
скважины для водоснабжения коттеджей и других частных лиц.
Действующие водозаборы подземных вод обычно расположены на территориях
поселений и предприятий. Во многих случаях наблюдаются существенные различия
между проектными схемами размещения скважин и реально существующими
водозаборами. С момента утверждения основных запасов региона в 70–80-х годах
прошлого века многие скважины были ликвидированы, водоотбор перераспределён по
площади и водоносным горизонтам, образовались новые недропользователи. Такая
ситуация характерна для частично присоединенных к Москве территорий Ленинского и
Наро-Фоминского районов, а также для находящихся под юрисдикцией столицы районов
Внуково и Толстопальцево. Запасы подземных вод здесь утверждались в 1970 г. и
требуют переоценки в настоящее время. Так, по действующим водозаборам Подольского
района, значительная часть территории которого относится к новой Москве, подобная
переоценка запасов подземных вод выполнена в 2005 г.
Интенсивный водоотбор подземных вод каменноугольных отложений в регионе
привел к формированию региональной Московской депрессионной воронки (рис. 3),
захватывающей большую часть Московской области и частично прилегающие
территории Владимирской, Тверской и Калужской областей. В результате длительной
эксплуатации подземных вод уровень в водоносных горизонтах на отдельных участках
опустился ниже их кровли с образованием зон безнапорного режима фильтрации.
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 80–90 м) водоносных горизонтах, что в
конечном итоге определяется их водообильностью, фильтрационными параметрами,
режимом и интенсивностью эксплуатации. Зоны безнапорной фильтрации
3
фиксируются практически по всей площади эксплуатации подольско-мячковского
горизонта, в том числе во многих районах новой Москвы (Красногорском,
Одинцовском, Наро-Фоминском, Ленинском, Подольском, Домодедовском).
Перспективный гидродинамический (эксплуатационный) потенциал водоносных
горизонтов можно оценить с помощью обобщающего критерия (К), определяющего
потенциальные возможности увеличения водоотбора (м3/сут.) на заданной территории:
K  0,665  ( H  10)  km ,
где
H – напор над кровлей водоносного горизонта, м,
km – водопроводимость водоносного горизонта, м2/сут,
В критерий заложена возможность осушения водоносных горизонтов на 10 м ниже
кровли (H+10 м), т. к. в ряде случаев современные уровни подземных вод верхних
водоносных горизонтов карбона в результате их эксплуатации сработаны до кровли и
даже ниже.
Рис. 3. Расположение региональных воронок депрессии на территории Центрального
федерального округа: 1-14 – области интенсивного отбора подземных вод и расположения
региональных (локальных) депрессионных воронок с учетом их перекрытия, 15 – глубина
региональных воронок депрессии, 16 – областные центры, 17 – границы
гидрогеологических структур [2].
Схематические карты дополнительного потенциала двух основных источников
водоснабжения новой Москвы – подольско-мячковского и алексинско-протвинского
4
водоносных горизонтов, свидетельствуют о сравнительно невысокой возможности роста
их производительности на рассматриваемой территории (рис. 4). Их гидродинамический
потенциал характеризуется увеличением водоотбора на отдельных участках в среднем от
1 до 10 тыс. м3/сут., или даже до 1 тыс. м3/сут. Иными словами, здесь возможно
обеспечение подземными водами только небольших и средних посёлков, предприятий и т.
п. На территории городов, входящих в новую Москву или прилегающих к ее границам
(Троицк, Апрелевка, Подольск, Климовск), возможности увеличения водоотбора
практически отсутствуют.
Такая неблагоприятная ситуация здесь обусловлена, в первую очередь,
существующей высокой эксплуатационной нагрузкой на подземные воды подольскомячковского горизонта, который относится к наиболее нагруженным в Московском
регионе. Залегающий глубже алексинско-протвинский горизонт обладает более высокими
напорами, но его фильтрационные свойства значительно ниже. Поэтому возможное
увеличение нагрузки на горизонт приведет к значительным понижениям уровней
подземных вод.
Предварительная оценка перспектив использования подземных вод на
присоединяемой к Москве территории требует проведения поисковых и разведочных
гидрогеологических работ. В их составе наряду с традиционными опытнофильтрационными работами следует предусмотреть также анализ материалов
лицензирования, баланса запасов подземных вод и данных их мониторинга. При
выполнении прогнозных расчётов необходимо учитывать гидродинамическое
взаимовлияние существующих и проектных водозаборов территории Новой Москвы и
смежных районов. Очевидно, что расчёты целесообразно выполнять с учётом планов
развития всей территории новой Москвы и соседних районов с учетом расположения
существующих и проектных объектов водоснабжения и их реальной потребности в воде.
Для освоения имеющихся и разведуемых ресурсов подземных вод необходимо
развитие системы мониторинга подземных вод. В настоящее время на присоединяемой к
Москве территории скважины государственной режимной сети отсутствуют. По
предварительным оценкам, для мониторинга подземных вод на данной территории
необходимо заложить 20–25 кустов наблюдательных скважин по 3–4 скважины в каждом,
глубиной от 10 до 200 м. Наблюдательная сеть должна охватывать существующие
депрессионные воронки, а также участки с незначительным и проектируемым
водоотбором, отражающие естественные или слабонарушенные условия.
Качество подземных вод отражает совместное влияние 2-х факторов: природных
геохимических аномалий состава вод и степени их антропогенного загрязнения.
Подземные воды водоносных горизонтов имеют пестрый химический состав, который
варьирует от гидрокарбонатного до гидрокарбонатно-сульфатного или даже
гидрокарбонатно-хлоридного. Минерализация подземных вод закономерно увеличивается
с глубиной их залегания в северо-восточном направлении, а, также в зоне эксплуатации на
урбанизированных территориях от 0,3 до 0,7 г/л. К природным компонентам,
загрязняющим подземных вод в первую очередь относятся: железо, жесткость, α–
радиоактивность, литий, фтор и стронций (Табл. 1).
Среднее содержание железа в эксплуатационных горизонтах Московской области
находится в пределах 0,6–1,0 мг/л (2–3,3 ПДК) и превышает нормативные значения в 50%
5
скважин. Характер распределения железа в подземных водах свидетельствует о
преимущественно природном его происхождении. С глубиной его концентрации обычно
уменьшаются. Однако увеличение концентраций железа наблюдается также в
промышленно освоенных и заселенных районах. Поэтому техногенные источники и
коррозия скважин служат дополнительными источниками повышенного содержания
железа в подземных водах.
Средняя величина жесткости составляет 7 мг-экв/л и превышает нормативные
значения в 30% скважин. Часто превышение ПДК по жесткости на локальных участках
обусловлено интенсивным водоотбором.
Общая α–радиоактивность характеризуется средней величиной 0,1–0,2 Бк/л (0,10,5 ПДК) и имеет природное происхождение. Повышенные количества встречаются в 25%
скважин. Скважины с установленной повышенной α–радиоактивностью равномерно
распределены по площади водоносных горизонтов. Расширенные радиологические
исследования воды подтверждают её безвредность для использования в питьевых целях.
Рис. 4. Дополнительный потенциал ресурсов подземных вод подольско-мячковского и
алексинско-протвинского водоносных горизонтов (для привязки на карто-схемах
сохранены элементы топографической основы – водные объекты, дороги, населенные
пункты)
Литий в превышающих ПДК концентрациях (0,02–0,03 мг/л) обнаружен в 25%
скважин. Основным его источником в водовмещающих карбонатных породах служат
прослои глин и мергелей, 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. Стабильный
стронций характеризуется средней величиной 1,2–4,6 ПДК и в повышенных количествах
6
встречается в 5–25 % скважин. Попутно со стронцием и фтором, повышенными
концентрациями относительно ПДК обладают их геохимические спутники: барий и бор
(обычно до 1,5 ПДК). Природный характер аномальных содержаний этих 4-х элементов
(фтор, бор, стронций, барий) не вызывает сомнений при условии закономерного роста их
концентраций по мере увеличения глубин залегания эксплуатируемых горизонтов.
Присутствие этих элементов в подземных водах обусловлено наличием в водовмещающих
породах природных минеральных включений: ратовкита, целестина, стронцианита,
барита и других карбонатных и сульфатных минералов. Другим источником
некондиционных подземных вод может служить их подтягивание из нижележащих
горизонтов, что приводит в основном к увеличению концентрации фторидов и
сульфатов.
Табл. 1. Качество подземных вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов
Водоносный горизонт
Подольско-мячковский (C2pd-mc)
Каширский (C2ks)
Алексинско-протвинский (C1al-pr)
Компоненты, превышающие ПДК более чем в 20 % скважин,
цифры – частота встречаемости, %
Московский регион в целом
Новая Москва
(Подольский, НароФоминский и Ленинский
районы)
Железо 60 %
Железо 60%;
Жесткость 35 %
Жесткость 45%;
Литий 30 %
α-радиоактивность 20 %
Железо 40 %
Литий 75%,
Жесткость 35 %
Фтор 70%
Фтор 30 %
Железо 55%;
Литий 25 %
Жесткость 30 %
α-радиоактивность 25 %
α- радиоактивность 30%
Стронций 30%,
Железо 40 %
Литий 75%
Фтор 30 %
Фтор 70%
Жесткость 30 %
Стронций 60%
Стронций 25 %
α- радиоактивность 45%
Литий 25 %
Бор 40%
α-радиоактивность 25 %
Железо 40%
Жесткость 20 %
Ореол повышенных концентраций фтора, стронция и лития охватывает
значительную часть рассматриваемого района и распространяется практически на всю
территорию новой Москвы (Химкинский, Красногорский, Одинцовский, НароФоминский, Ленинский, Подольский, Домодедовский, Чеховский, Люберецкий,
Раменский районы). В частично присоединяемых к 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. Для большинства крупных водозаборов время воздействия
подземных вод, содержащих повышенные концентрации фтора, бора, стронция и бария
составляет период около 30 лет, а для некоторых из них приближается к 50–60 годам.
На фоне природных источников следует отметить техногенное загрязнение
водоносных горизонтов на некоторых территориях Московской области (города
Люберцы, Химки, Электросталь, Дзержинский, Щелково). Это происходит, прежде всего,
7
в результате привносимого с поверхности загрязнения в процессе работы водозаборов.
Около 80% отбора подземных вод осуществляется в границах промышленных и
селитебных территорий, 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.
Для менее урбанизированных переходящих к Москве районов области, острота
проблемы техногенного загрязнения подземных вод актуальна в случае, когда в кровле
водоносных горизонтов отсутствуют глинистые слои, препятствующие проникновению
загрязнения с поверхности земли, из грунтовых и поверхностных вод. Такие условия
характерны для подольско-мячковского водоносного горизонта по долинам рек Пахра и
Десна, в том числе 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 и поверхностной вод из московского водопровода.
Смешение вод из различных источников благоприятно влияет на качество подаваемой
населению воды и позволяет добиться снижения концентраций до нормативных значений
без применения дополнительных методов водоподготовки. Это, прежде всего, относится к
3-м природным параметрам: железу, фтору, величине общей жесткости. Однако смешивание практически не защищает людей в случае техногенного загрязнения подземных вод.
ВЫВОДЫ
Анализ современного состояния водных ресурсов и их распределения в
Московском регионе свидетельствует о том, что ресурсный потенциал пресных
подземных вод в пределах границ новой Москвы практически исчерпан. Однако ресурсы
поверхностных вод достаточны, и по сложившейся практике МГУП «Мосводоканал»
может ими обеспечить крупных потребителей новой Москвы по существующей и
дополнительной системе водоводов. Вместе с тем подземные воды алексинскопротвинского водоносного горизонта могут быть использованы для коттеджных поселков
и отдельных многоэтажных домов при автономном их водо- и теплоснабжении. Кроме
того, в результате переоценки ресурсов подземных вод конкретных месторождений и
дополнительных разведочных работ ресурсный потенциал водоносных горизонтов
карбона может возрасти, особенно в пределах территорий поэтапной застройки новой
Москвы.
Изыскательские работы готов выполнить Российский союз гидрогеологов,
являющийся Общероссийской общественной организацией, имеющей отделения в 55-ти
субъектах Российской Федерации, в состав которой входят все ведущие специалисты
России в вобласти водных ресурсов и экологии.
8
Литература:
1. Информационный бюллетень о состоянии недр на территории Российской
Федерации в 2008 г. Изд-во Геоинформмарк, М. 2009
2. Информационный бюллетень о состоянии недр на территории Российской
Федерации в 2009 г. Изд-во Геоинформмарк, М. 2010
9