Доклад Абсаметова М.К.

Подземные воды – стратегический ресурс
устойчивого водообеспечения страны
Абсаметов М.К., Муртазин Е.Ж.
АО "Национальный научно-технический холдинг "Парасат"
ТОО "Институт гидрогеологии и геоэкологии имени У.М.Ахмедсафина"
Проблема обеспечения водной безопасности в условиях ограниченности и
уязвимости водных ресурсов является важной составляющей национальной
безопасности Республики Казахстан. По данным экспертных оценок,
представленных в Концепции перехода Республики Казахстан к устойчивому
развитию до 2024 года [1], к 2030 году в результате быстро растущей
водопотребности и сокращения устойчивых водных запасов ожидается дефицит
воды в размере 14 км3, а к 2050 году может достигнуть величины 20 км3 (70% от
потребности в водных ресурсах). Тем самым, угроза дефицита воды и
неэффективное водопотребление и управление поверхностными и подземными
водными ресурсами может стать основным препятствием для устойчивого
социально-экономического роста государства.
Наиболее острыми признаны проблемы неудовлетворительное состояние
обеспечения населения качественной питьевой водой и нарастающий дефицит
водных ресурсов в аграрном секторе, повлекший за собой значительное
сокращения площадей орошения и обводненных пастбищ.
В Стратегии «Казахстан-2050» новый политический курс состоявшегося
государства» Президент страны поручил выработать новую политику в
отношении водных ресурсов страны, а также:
тщательно изучить передовой опыт решения проблем водообеспечения в
других странах, например в Австралии, и использовать его в наших условиях;
внедрять самые передовые технологии добычи и рачительного
использования подземных вод, запасы которых у нас значительны;
изменить мышление нашего общества в отношении рационального
водопотребления, и к 2050 г. раз и навсегда решить проблему водообеспечения
страны [2].
В апреле 2014 года Указом Президента РК Н.А. Назарбаевым утверждена
Государственная программа управления водными ресурсами Казахстана на
2014-2020 годы [3]. Это первый программный документ по водным ресурсам,
принятый за годы независимости. Программа направлена на решение вопроса
предотвращения дефицита водных ресурсов для сохранения экосистем,
обеспечения населения, запланированного роста экономики, а также
совершенствования системы управления водными ресурсами. Решение этих
грандиозных задач, безусловно, требует проведения расширенных научно-
технических и проектно-изыскательских исследований для научного
сопровождения и реализации долгосрочной государственной программы, при
которой последовательно, на первом этапе, к 2020 году будет решена проблема
обеспечения населения питьевой водой, на втором, к 2040-му – орошения.
В современных условиях подземные воды, как составная часть водных
ресурсов страны и как наиболее ценное полезное ископаемое, представляют
важный стратегический ресурс водной безопасности и устойчивого развития
государства. Казахстан достаточно богат подземными водами и обладает 0,13%
общемировых ресурсов подземных вод, а по разведанным запасам и
прогнозным ресурсам среди стран СНГ занимает второе место после
Российской Федерации.
Суммарная величина прогнозных ресурсов подземных вод составляет
2038 м3/с (64,3 км3/год - или 62,7% от среднемноголетних поверхностных
водных ресурсов). Прогнозные ресурсы пресных подземных вод с
минерализацией до 1 г/дм3 оцениваются в 1282 м3/с (40,4 км3/год, или 62,9% от
суммарной величины).
По состоянию на 01.01.2014г. в стране разведано 1550 месторождений
подземных вод, по которым величина утвержденных запасов составляет 488
м3/с (15,4 км3/год или 38% от величины прогнозных ресурсов пресных вод).
Для хозяйственно-питьевого водоснабжения утверждено 158,6 м3/с (или
32,5% от разведанных запасов) и почти в два раза превышают текущую
потребность (82 м3/с) городского и сельского населения в хозяйственнопитьевой воде. Доля подземных вод в общем балансе питьевого
водопотребления составляет 56 %, достигая 68 % в сельской местности.
Качество подземных вод, как известно, значительно выше, чем
поверхностных, поэтому их использование в качестве источников питьевого
водоснабжения предпочтительнее. С учетом мирового опыта запасы подземных
вод рекомендуется рассматривать в первую очередь как стратегический резерв
чистой воды для питьевого водоснабжения. В связи с этим одной из важнейших,
социально значимых задач страны по улучшению здоровья населения,
обозначенных в Послании Президента РК народу Казахстана от 28 января 2011
года «Построим будущее вместе», является обеспечение населения
качественной питьевой водой, и одной из ее приоритетов - максимальное
использование подземных вод, существенное сокращение времени ввода
месторождений в промышленное освоение [4].
Большинство месторождений разведано для водоснабжения областных
центров, городов и крупных населенных пунктов, и осваиваются как на
контрактной основе, так и по специальному водопользованию. Из общего числа
разведанных и учитываемых в государственном кадастре месторождений в
эксплуатацию введено полностью или частично около 750 месторождений.
Общий забор подземных вод не превышает 12% от величины разведанных
запасов, из них около 5% водоотбора осуществляется недропользователями по
контрактам на добычу для хозяйственно-питьевых нужд. При общем отборе
подземных вод в 29 м3/с для хозяйственно-питьевых нужд используется около
11,6 м3/с (40% водоотбора). Данный показатель характеризует невысокую долю
использования ресурсной базы подземных вод в системах хозяйственнопитьевого водоснабжения, близкую к показателям России и большинства стран
СНГ, и значительно меньшую аналогичного показателя по США и развитым
странам Европы.
Существует ряд проблем использования подземных вод для
централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. По итогам
инвентаризации из 125 разведанных для городов и крупных населенных
пунктов месторождений подземных вод, 58 месторождений, включая 40
эксплуатируемых, требовали переоценки запасов в связи с истечением
расчетного срока их эксплуатации. Водоснабжение 14 городов, включая
областные центры, осуществляется за счет подземных водоисточников с
неутвержденными запасами. Из-за низкой освоенности разведанных
месторождений часть областных центров и городов используют поверхностные
воды, которые в силу своей открытости не защищены от загрязнения. Так, по
причине необустроенности (отсутствие скважинных водозаборов, водопроводов
до потребителей) 31 ранее разведанное месторождение с общими запасами 11,5
м3/с не используется для водоснабжения 5 областных центров и 14 городов на
протяжении 15 и более лет.
Вместе с тем, гидрогеологические особенности страны предопределили
неравномерность территориального распределения запасов пресных подземных
вод, что очень влияет на водообеспеченность ее отдельных регионов. Так, около
50% ресурсов сосредоточены на юге, 30% - в центральном, северном и
восточном регионах, и менее 20% - на западе. В целом, разведанными запасами
пресных подземных вод обеспечены Южно-Казахстанская, Алматинская,
Восточно-Казахстанская, Павлодарская, Актюбинская области, крайне
ограничены - Северо-Казахстанская, Атырауская, Мангистауская, ЗападноКазахстанская и Акмолинская.
Одной из острых проблем страны является развитие животноводства,
решение которых непосредственно связано со степенью обводненности
пастбищных территорий. Из 188 млн. га пастбищных земель республики 70%
находятся в засушливых регионах на площадях распространения подземных вод
повышенной минерализации и часто лишенные поверхностных источников
воды. В данных условиях для обводнения пастбищ должны использоваться
методы искусственного восполнения запасов подземных вод. Территория
страны, располагающая громадными емкостями и разнообразным рельефом,
перспективна для магазинирования поверхностного стока и атмосферных
осадков.
В Казахстане методы и технологические схемы искусственного
восполнения запасов подземных вод (ИВЗПВ) пока еще не нашли широкой
практической реализации, хотя в некоторых странах (Австраия, США, Россия и
т.д.) применяются повсеместно и получают путем магазанирования от 15% до
30% потребляемой воды. Применение ИВЗПВ в аридных условиях республики
может стать мощным средством рационального использования водных ресурсов
(подземных и поверхностных) на основе управления процессами формирования
и расходования их запасов в соответствии с режимом водопотребления и
потребностями устойчивого водоснабжения.
В современных условиях назрела необходимость проведения научноприкладных исследований, направленных на рациональное и комплексное
освоение ресурсов подземных вод Казахстана для решения проблем устойчивого
водообеспечения страны, в том числе:
1.Сокращение дефицита вод питьевого качества малообеспеченных
водными ресурсами регионов страны за счет переброски пресных подземных
вод из регионов, достаточно обеспеченных ими.
Так, например, для обеспечения питьевой водой населенных пунктов
отдельных регионов Западного Казахстана
целесообразно привлечение
разведанного месторождения пресных подземных вод Кокжиде. Месторождение
с утвержденными запасами 196,5 тыс.м3/сут расположено в 430км от г.Атырау,
в 280км от Кульсары, 712км от Актау, 760км от Жанозен. Запасы полностью
покрывают потребность в питьевой воде населения Мангистауской области
(315 тыс.чел) в объеме 178,5 тыс.м3/сут и, частично, Атырауской. В связи с
истечением расчетного срока эксплуатации месторождения требуется
переоценка его запасов. Второй пример, питьевое водообеспечение населенных
пунктов Кызылординской области с численностью около 600 тыс. человек
Проблема может быть решена за счет переброски доброкачественной воды
Мынбулакского месторождения с разведанными запасами 250 тыс.м3/сут.
Месторождение находится в 207 км от г.Кызылорда.
2. Консервации неосвоенных разведанных месторождений для
обеспечения населения доброкачественной подземной водой на долгосрочный
период. Низкий уровень освоения разведанных запасов подземных вод - многие
месторождения не используются на протяжении 10-15 лет - дает возможность
их консервации. Для этого необходимо разработать и обосновать критерии и
подходы по переоценке эксплуатационных запасов неосвоенных разведанных
месторождений применительно к условиям и срокам их консервации, а также
разработать научное обоснование и варианты (сценарии) поэтапного
использования неосвоенных месторождений подземных вод для обеспечения
населения доброкачественной подземной водой на долгосрочный период.
3. В целях расширения обводненности пастбищных территорий
необходимо провести специализированное гидрогеологическое обследование
предгорных, мелкосопочных и равнинных районов Казахстана с целью
выделения площадей и участков для строительства водозаборных и
обводнительных сооружений, а также сооружений по созданию и восполнению
запасов пресных подземных вод за счет местного поверхностного стока. При
этом должны быть составлены специализированные гидрогеологические карты
как основы проектных решений, проведено районированию территории с
оценкой практически извлекаемых ресурсов подземных вод и пределов
возможного развития на их основе пастбищного животноводства, а также
разработаны предложения поэтапного освоения маломощных горизонтов
подземных вод путем строительства подземных водохранилищ.
4. Проведение работ по оценке и переоценке эксплуатационных запасов
подземных вод месторождений, разведанных для централизованного
хозяйственно-питьевого водоснабжения на основе методов математического
моделирования. Аналитическими расчетами сложно учесть все изменения,
происходящие в водоносном горизонте в процессе эксплуатации (сокращение
испарения, уменьшение оттока, осушение водовмещающих отложений,
ежегодное восполнение за счет инфильтрации атмосферных осадков и
фильтрации поверхностного стока и т.д.). В связи с этим необходимо
использовать современные технологии экспертизы запасов на основе
компьютерного моделирования месторождений полезных ископаемых,
автоматизированных комплексов оценки и подсчета запасов, как отмечено в
Государственной
Программе
по
форсированному
индустриальноинновационному развитию Республики Казахстан на 2010–2014 годы [5].
Наиболее эффективно это может быть реализовано на основе
использования системы постоянно-действующих разномасштабных численных
моделей, информационно-аналитическое обеспечение которых осуществляется
путём создания автоматизированного банка данных. Создание и ведение ПДМ
позволяет концентрировать информацию для изучения, оценки состояния и
прогнозирования гидрогеологических процессов в геологических средах в
результате природных и техногенных воздействий, что является в современный
период одним из главных направлений гидрогеологических исследований для
районов с интенсивной хозяйственной деятельностью. Основное отличие
постоянно действующих моделей от разовых заключается в том, что они
ориентированы на долговременное использование. Один раз созданные, модели
могут в дальнейшем многократно использоваться для решения различных задач
рационального управления подземными водными ресурсами.
В Институте гидрогеологии и геоэкологии им. У.М. Ахмедсафина в
течение ряда лет проводятся исследования по разработке методологии,
методики
применения
современных
компьютерных
технологий
в
гидрогеологических исследованиях в Казахстане. Апробация теоретических,
методических и программных разработок Института была успешно проведена в
процессе создания систем разномасштабных взаимосвязанных моделей для
решения различных прикладных гидрогеологических задач.
Так, была разработана региональная модель Восточного Приаралья для
повышения обоснованности мероприятий по управлению водохозяйственной
деятельностью в регионе с решением задач оценки эксплуатационных запасов
подземных вод и прогнозирования изменения гидрогеологических условий при
различных объемах отбора подземных вод. В рамках ее создана локальная
модель Кызылжарминского месторождения подземных вод, цель которой
оценка запасов подземных вод верхнетуронского водоносного горизонта для
хозяйственно-питьевого
водоснабжения
г.Кызылорды.
Результаты
моделирования прогнозных задач показали обоснованность эксплуатационных
запасов Кызылжарминского месторождения по гидродинамическим критериям
и критериям качества.
Создание, в последующем, постоянно действующей математической
модели
гидрогеологических условий Кызылжарминского месторождения
позволит существенно повысить эффективность принятие обоснованных
решений по управлению и рациональному использованию запасов подземных
вод месторождения, защите их от истощения и загрязнения.
В настоящее время создание и эксплуатация ПДМ наиболее актуальны
для города Алматы, хозяйственно-питьевое водоснабжение которого
осуществляется за счет подземных вод Алма-Атинского, Талгарского и
Малоалматинского месторождений, а также за счет поверхностных вод рек
Большая и Малая Алматинки.
Алма-Атинское месторождение разведано для хозяйственно-питьевого
водоснобжения и технического водоснабжения с заявленной потребностью 9,3
м3/с. Оно приурочено к шлейфу Алматинских конусов выноса северных склонов
Заилийского Алатау и примыкающей с севера предгорной равнины.
Водовмещающими являются четвертичные аллювиально-пролювиальные
отложения, представленные валунно-галечниками, галечниками с песчаным
заполнителем и гравелистыми песками. Гидродинамические и гидрохимические
условия месторождения очень сложные. Отмечаются вертикальная
гидродинамическая и гидрохимическая зональности по всей площади
месторождения. Верхние горизонты до глубины 150 м в пределах конуса выноса
являются слабо защищенными от загрязнения.
Амортизационный срок эксплуатации Алма-Атинского месторождения
завершен к концу 2014 года. Принятая в 1990 году расчетная схема
Алматинского водозабора с учетом централизации водоснабжения не
соответствует фактической схеме эксплуатации. Необходима переоценка
эксплуатационных запасов месторождения с использованием методов
математического моделирования с учетом включения в расчетную схему всех
водозаборных кустов и других ведомственных скважин, имеющих контракт на
недропользование или разрешение на специальное водопользование. Кроме
того, в область моделирования необходимо включить площади гидравлически
связанных соседних месторождений (Покровское, Боралдайское, Каскеленское)
и учетом перераспределения производительности водозаборов в пределах ранее
утвержденных эксплуатационных запасов подземных вод.
В этих условиях, принятие управленческих решений на местном и
территориальном уровне предполагает наличие оперативной оценки состояния
подземных вод в целом по территории и возможные варианты сценариев
развития природных ситуаций от степени техногенного воздействия, что
возможно только при наличии региональной постоянно действующей модели.
Таким образом, системы постоянно-действующих разномасштабных
численных моделей, информационно-аналитическое обеспечение которых
осуществляется путём создания автоматизированного банка данных, позволяет
перейти от отдельных оценок эксплуатационных запасов на конкретных
участках или территориях по состоянию на определенную дату к созданию
информационно-аналитических
систем,
позволяющих
отслеживать
пространственно-временные изменения состояния недр и оперативно учитывать
изменения текущих и перспективных планов их освоения.
Литература
1. Концепция по переходу Республики Казахстан к «зеленой экономике», утвержденная
Указом Президента Республики Казахстан от 30 мая 2013 года № 577.
2. Назарбаев Н.А. СТРАТЕГИЯ «Казахстан-2050». Новый политический курс состоявшегося
государства. Послание Президента Республики Казахстан - Лидера нации народу Казахстана,
14.12.2012 года.
3. Государственная программа управления водными ресурсами Казахстана, утвержденная
Указом Президента Республики Казахстан от 4 апреля 2014 года № 786
4. Назарбаев Н.А. Построим будущее вместе». Послание Президента Республики Казахстан
народу Казахстана, 28.01. 2011 года.
5. Государственная программа по форсированному индустриально-инновационному
развитию Республики Казахстан на 2010 - 2014 годы, утвержденная Указом Президента
Республики Казахстан от 19 марта 2010 года № 958.