ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Одна из критически важных основ жизнедеятельности человека, особенно для городских поселений. Первичные представления о системах водоснабжения студенты имеют из курса "Инженерные сооружения" (5-й семестр) и "Водные ресурсы" (7-й семестр).

Три составные части проблемы водообеспечения населения (водоснабжения):

Мировой опыт водоснабжения: подземные воды преобладают в структуре водообеспечения (50-75%, до 100%) практически во всех европейских странах (включая Прибалтику, Украину и Белоруссию), в США, Китае (более 1 млрд. человек !), в странах аридной зоны (Тунис, Йемен, Саудовская Аравия и др).

Россия:подземные воды - около 15 млн. куб.м/сут (~ 45%).
К настоящему времени в России разведано около 4000 месторождений подземных вод с потенциальными эксплуатационными возможностями более 85 млн.куб.м/сут, т.е. в среднем по стране примерно 0.6 куб.м/сут на 1 человека. Реально эксплуатируется 1500 месторождений с общим водоотбором около 30% от разведанной величины. Преобладают мелкие месторождения - порядка 5 тыс.куб.м/сут.

Доля подземных вод в водоснабжении городских поселений - около 35-40%; для сельских населенных пунктов - около 85%. При этом - чем крупнее город, тем, как правило, меньше доля использования подземных вод: для крупных городов (более 100 тыс.) она составляет уже только около 29%, а в наиболее крупных городах (с населением более 250 тыс.чел) в половине случаев используются только поверхностные воды (Москва, С.-Петербург, Н.-Новгород, Екатеринбург, Омск, Ростов н/Дону, Владивосток ...).
Такая ситуация свойственна для большинства крупных городов мира и объясняется вполне прозаическими экономическими причинами. Для получения необходимого объема подземных вод питьевого качества (для водообеспечения большого города - несколько миллионов куб.м в сутки) требуется задействовать целую группу крупных месторождений на значительных площадях. Они должны быть достаточно удалены от городской территории, чтобы возможно было организовать эффективную санитарную охрану водозаборных сооружений. Создание протяженных (десятки километров) магистральных водоводов большого сечения для перегона добываемой воды в город требует огромных капитальных и эксплуатационных затрат; немаловажными в таких случаях становятся и вопросы землеотвода под такие крупные линейные инженерные сооружения.
Для примера - Москва:потребление около 5 млн.куб.м/сут. 98% за счет поверхностных вод. В будущем предполагается постепенный перевод водоснабжения на подземные источники - разведаны 4 группы месторождений (в основном, в черте Московской области) на удалении порядка 100 км каждая.

Почему же в большинстве стран мира отдают явное ПРЕДПОЧТЕНИЕ ПОДЗЕМНЫМ ВОДАМв деле организации водоснабжения ?

• существенно более высокая защищенность от естественных и техногенных загрязнений (хотя и далеко не абсолютная - сейчас около 30-40% действующих подземных водозаборов обнаруживают признаки техногенного загрязнения),
• более высокая зарегулированность внутригодового и многолетнего режима стока,

Свежая иллюстрация: лето-осень 2003 г. Циклоны обходят стороной Приморье; в крае - засуха. Уровни в поверхностных водохранилищах на 6-7 м ниже ординара, подача воды в систему водоснабжения краевого центра (г.Владивосток) критически сокращена. Население круглосуточно стоит в очередях ... к родникам, которые продолжают нормально функционировать.
Подземные воды - мощнейшая естественная буферная система !

• технологическая устойчивость систем эксплуатационного отбора подземных вод независимо от времен года, что немаловажно для большинства климатических провинций с суровой зимой, значительно осложняющей работу водозаборов из поверхностных водоисточников,
• возможность магазинирования ("заготовки впрок") с помощью компактных систем искусственного пополнения запасов - более экономичных, простых в эксплуатации и экологически "безобидных" по сравнению с поверхностными водохранилищами; при этом - естественное улучшение качества воды при фильтрации через водовмещающие породы.

Однако ЗАПАСЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОГРАНИЧЕНЫ.
Ф.А.Макаренко писал о природных водах: "...когда воды "возобновляемы" - ресурсы и запасы их неисчерпаемы в размерах их возобновления". Но эту в целом оптимистическую фразу можно понимать и по-другому: ресурсы и запасы подземных вод ограничены размерами их возобновления. И хотя, по некоторым данным, в объеме гидросферы Земли подземные воды составляют около 45% (а поверхностные - только 0.1%), но по стоку (т.е. практически - по возобновляемости) картина не в их пользу.

Интересный показатель для стоковых объектов - срок возобновления воды, т.е. время, необходимое для перемещения воды от области формирования потока до области его разгрузки. Для поверхностных водотоков в среднем по земному шару срок возобновления воды оценивается в 16 суток, а для потоков подземных вод - 1.5 тысячи лет ! Конечно, можно сомневаться в корректности последней цифры (неясно, о каком интервале гидрогеологического разреза идет речь), тем не менее сравнение весьма показательное.

Ограниченность количества подземных вод требует особого внимания к их эксплуатации и охране, чтобы предотвратить истощениеи загрязнение. В России основной официальный защитный механизм: лицензирование отбора подземных вод в пределах величины эксплуатационных запасов,которые специально рассчитываются для каждого водозабора и утверждаются, т.е. учитываются государством в водохозяйственном балансе регионов.

Отсюда вытекает одна из важнейших проблем прикладной гидрогеологии: ОЦЕНКА (ПОДСЧЕТ) ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. Это одно из наиболее развитых направлений приложения труда специалистов-гидрогеологов. Пожалуй, можно смело говорить о существовании крупного самостоятельного раздела прикладной гидрогеологии - разведочной гидрогеологии. Для территории Советского Союза (ныне России, стран СНГ и Прибалтики) накоплен огромный опыт оценки эксплуатационных запасов (далее ЭЗ) подземных вод в различных геолого-структурных и физико-географических условиях их формирования. Существует обширная научная и методическая литература, разработаны и совершенствуются нормативные документы, регламентирующие постановку работ по оценке и учету эксплуатационных запасов подземных вод. Все эти документы практикующий гидрогеолог должен знать и изучать по мере их модернизации. Однако, в нашем учебном курсе мы будем лишь обозначать основные организационные принципы постановки работ, сосредотачиваясь, главным образом, на природных балансово-гидрогеодинамических закономерностях формирования ЭЗ и на существующих методах их оценки.

ЧТО ТАКОЕ<ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАПАСЫ>?

Сам термин заимствован у твердых (рудных и нерудных) полезных ископаемых, однако существует принципиальная разница: для твердых ископаемых запасы измеряются объемом или весом полезного компонента; для подземных вод мерой эксплуатационных запасов является дебит, т.е. постоянное во времени количество воды, извлекаемое водозабором. Размерность ЭЗ - куб.м/сут.
В действующих официальных документах дается такое определение: под эксплуатационными запасами следует понимать количество подземных вод, "которое может быть получено на месторождении (участке) с помощью геолого-технически обоснованных водозаборных сооружений при заданных режиме и условиях эксплуатации, а также качестве воды, удовлетворяющем требованиям ее целевого использования в течение расчетного срока водопотребления с учетом природоохранных требований".

Суть ограничений, устанавливаемых при подсчете ЭЗ, мы подробно рассмотрим позднее.