CC BY
71УДК 551.49(477.9)
ВОДООТБОР И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ПРИГОДНЫЕ ДЛЯ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В КРЫМУ
% и* % и*
Лущик А.В., Горбатюк Н.В., Морозов В.И.
* Академия Строительства и Архитектуры КФУ им.В.И.Вернадского,г.Симферополь, ул. Киевская 181
Экспертный водный Совет, Симферополь, РК
Аннотация: Рассматриваются вопросы изученности, формирования подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения в Крыму под влиянием природных и природно-техногенных факторов, приводятся примеры влияния водоотбора из основных эксплуатируемых водоносных горизонтов на качественный состав и количество подземных вод. Обосновываются мероприятия, необходимые для рационального использования подземных вод как основного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Ключевые слова: подземные воды, формирование, водоотбор, эксплуатационные запасы.
Введение
Полуостров Крым находится в зоне недостаточного увлажнения и поэтому вопрос водоснабжения является исторически актуальным. В Крыму, традиционно для водоснабжения, используются поверхностные воды (доля подземных вод составляет 9,1%), несмотря на то, что последние являются наиболее надежным источником водоснабжения во все возможные периоды жизнедеятельности [1]. В середине 60-х годов прошлого столетия в Крым стали поступать воды из Каховского водохранилища по СевероКрымскому каналу, что значительно улучшило общие условия водоснабжения и прежде всего для орошаемого земледелия. В последние два года, в связи с прекращением подачи воды из Каховского водохранилища, обеспечение Крыма водой осложнилось. Особенно острой стала проблема хозяйственно-питьевого и сельскохозяйственного водоснабжения Керченского полуострова. В настоящее время эксплуатационные запасы подземных вод всех эксплуатируемых водоносных горизонтов, утвержденные Государственными комиссиями по запасам, согласно данным государственного научно-производственного
предприятия «Геоинформ Украины» (далее ГНПП), используются только на 20% [2]. Запасы подземных вод утверждались, преимущественно, в середине второй половины прошлого столетия, сроком до 27-ми лет. За прошедшее время изменился их качественный состав на отдельных водозаборах и на региональном уровне, что отмечается в ежегоднике ГНПП за 2010 год. Все перечисленное выше указывает на необходимость рассмотрения особенностей формирования хозяйственно-питьевых подземных вод, под влиянием природных и природно-техногенных факторов, в настоящее время с целью объективного представления о необходимых мероприятиях для дальнейшего рационального их использования.
Состояние изученности
Изучение гидрогеологических условий и особенностей формирования подземных вод в
Крыму развивались одновременно с хозяйственным освоением региона, и находилось в прямой зависимости от потребности в водных ресурсах. В первой фундаментальной работе по формированию подземных вод Крыма [3] выделяется четыре периода изученности: до средины Х1Х века; от средины Х1Х века до 1920 г. ХХ века; от 1920 г. до середины 1941 г. (начало Отечественной войны); с 1945 г. до начала 70-х годов ХХ века. В 60-е - 90-е годы Х1Х столетия А. Конради, Н.А. Головкинский, Г.Д. Романовский, Ю. Листов и др., впервые обосновывают описывают особенности формирования подземных вод Крыма на основе результатов, полученных при бурении и опробовании первых скважин на воду в Равнинном Крыму и изучения источников в Горном Крыму. В течение 1906 - 1922 гг. систематическое изучение подземных вод проводит П.А. Двойченко. В его работах рассматриваются отдельные аспекты влияния водоотбора на формирование подземных вод. После 1920 г., в связи с развитием хозяйственной деятельности в Крыму, подземные воды исследуются различными организациями: Крымводхозом, Крымским геологическим трестом, Крымгеолбюро и др. С 1925 г. по 1940 г. проводятся гидрогеологические съемки в Равнинном Крыму, на Керченском полуострове для решения вопросов водоснабжения и орошения. Создаются специальные режимные станции в Равнинном Крыму и на Южном берегу. Обобщенные материалы результатов наблюдений приводятся в работах И.Г. Глухова, Е.А. Ришес. Накопленный большой фактический материал по результатам
гидрогеологических исследований в Крыму обобщил К.И. Маков и привел в работе [4], где впервые рассматриваются особенности взаимосвязи и качества подземных вод напорных водоносных горизонтов и основы гидрогеологического районирования. В период 1947 - 1965 гг. выполнялись специализированные гидрогеологические съемки в масштабах 1:200 000 - 1:50 000 для организации водной мелиорации, строительства системы Северо-Крымского канала (СКК) в Равнинном Крыму, на Керченском полуострове, в Предгорье и в более крупных масштабах в Горном Крыму при поисково-разведочных работах на твердые полезные ископаемые. Специальные гидрогеологические работы проводились для хозяйственно-питьевого водоснабжения,
при поисках промышленных и минеральных вод, углеводородного сырья. Результаты этих исследований были использованы для составления первой фундаментальной работы. В этой работе рассматривались: региональные условия формирования подземных вод, преимущественно под влиянием природных факторов, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения;
перспективы использования минеральных и термальных вод; обосновывались
гидрогеологические направления мелиоративных работ в Равнинном Крыму, особенности охраны и искусственного пополнения подземных вод (В .Г. Ткачук, С.В. Альбов, Е.А. Ришес, В.А. Куришко, Е.В. Львова, О.Е. Фесюнова, Н.М. Заезжев, В.И. Самулева), а также приводятся результаты впервые выполненного гидрогеологического районирования, на основе геолого-структурного принципа, согласно которому в пределах Крыма выделены области, районы
(Е.А. Ришес, М.В. Чуринов) [3]. Эта работа стала научно-практической основой для продолжения гидрогеологических исследований в Крыму в последующие годы, которые были выполнены в два периода (с 1965 г. по 1990 г. и с 1991 г. по 2014 г.).
В период 1965 - 1990 гг., гидрогеологические исследования проводились по следующим направлениям: детальная разведка подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения; опытно-разведочные исследования с целью обоснования участков перспективных для искусственного пополнения подземных вод; специальные комплексные гидрогеологические исследования для целей мелиорации (гидрогеологические съемки масштаба 1 : 50 000, опытные работы, режимные наблюдения); наблюдения в системе мониторинга за подземными водами эксплуатируемых водоносных горизонтов и первых от поверхности водоносных горизонтов в пределах влияния водозаборов, гидротехнических сооружений, на орошаемых землях, в городских агломерациях и других населенных пунктах; поисково-разведочные работы на промышленные, минеральные и термальные воды.
Во время производства этих гидрогеологических исследований выполнен большой объем буровых, опытных работ, получены новые данные о: формировании и распространении подземных вод в четвертичных и неогеновых отложениях в южной части Причерноморского артезианского бассейна (Равнинный Крым); балансе подземных вод карстовых верхнеюрских отложений Горного Крыма; эксплуатационных запасах подземных вод аллювиальных четвертичных отложений Южного берега Крыма; результатах мониторинга подземных вод основных эксплуатируемых и первых от поверхности водоносных горизонтов. Полученные данные обобщались и анализировались в регионах, Центральной тематической экспедиции (в
настоящее время ГН1 II I). научно-исследовательских институтах Геологической отрасли. Академии наук Украины и представлены в работах. посвященных, преимущественно. рассмотрению особенностей формирования подземных вод под преобладающим влиянием техногенных факторов. которые не потеряли актуальности до настоящего времени. Следует отметить работы указанных направлений Н.А. Белокопытовой, В.Н. Дублянского, Г.Н. Дублянской, Н.Н. Капинос, А.В. Лущика, В.И. Морозова, Н.С. Огняника, А.Б. Ситникова, А.А. Сухореброва, В.М. Шестопалова, М.А. Шинкаревского, Ю.И. Шутова, Е.А. Яковлева и др. [511].
В 70 - 80-х годах ХХ-го столетия проводились специальные гидрогеологические исследования по искусственному пополнению запасов подземных вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов неогена в Равнинном Крыму. При выполнении работ по пополнению запасов подземных вод в Крыму были получены положительные результаты, которые позволили разработать методические рекомендации и обосновать технические мероприятия для пополнения подземных вод в карстовых отложениях бассейновым и скважинным методами. Проведены опытно-эксплуатационные испытания пополнения запасов подземных вод этими методами, результаты которых внедрены для практического использования и приведены в опубликованных работах П.К. Гурьбы, А.А. Коджаспирова, А.В. Лущика, В.И. Морозова, В.Т. Щегликова и др.
Гидрогеологические исследования в Крыму (1965 - 1990 гг.) выполнялись под общим методическим руководством научных сотрудников институтов ВСЕГИНГЕО Мингео СССР (г. Москва), геологических наук АН УССР (г. Киев) А.Е. Бабинца, Н.Н. Биндемана, Б.В. Боревского, В.М. Гольдберга, В.С. Ковалевского, А.А. Коноплянцева, Ф.А. Руденка, С.М. Семенова, Л.С. Язвина, В.М. Шестопалова и др. При выполнении исследований также использовались разработки М. Е. Альтовского, Ф.М. Бочевера, И.К. Гавич, Д.М Каца, В.А. Кирюхина, С.Р. Крайнова, М. Лукнера, В.А. Мироненка, К.А. Питьевой, В.Г. Румынина, В.М. Швеца, В.М. Шестакова, D. Daly, N. Goldscheider, O. Schmoll и др.
В период с начала 90-х годов прошлого столетия происходило общее снижением развития экономики, в том числе и геологоразведочных работ. Однако, в этот период продолжалось изучение режима подземных вод основных эксплуатируемых горизонтов, грунтовых вод на массивах орошаемого земледелия, обобщение результатов ранее выполненных исследований, эколого-гидрогеологический анализ состояния подземных вод отдельных водозаборов, разрабатывались методические положения по эколого-гидрогео-логическому картированию мелкого и среднего масштабов, составлялись полистные гидрогеологические карты масштаба 1 : 200 000 с учетом новых данных по стратиграфическому расчленению горных пород (зоны аэрации, водовмещающих и водоупорных). Следует отметить научно-практическое значение ежегодников, издаваемых ГНПП «Геоинформ Украины», где
приводятся обобщенные данные о состоянии подземных вод, при преобладании влияния на их формирование техногенных факторов, выделяются основные очаги загрязнения, приводятся результаты использования ресурсов и запасов подземных вод по гидрогеологическим регионам и административным структурным единицам. В опубликованных работах И.Б. Абрамова, Б.М. Данилишина, С.П. Иванюты, А.В. Лущика, Г.Г. Лютого, Н.С. Огняника, С.А. Рубана, В.М. Шестопалова, М.А. Шинкаревского, Е.А. Яковлева и др. [12-19]. основное внимание уделяется вопросам изменения формирования подземных вод под влиянием водоотбора, гидротехнических сооружений, орошения, в населенных пунктах, оценке эколого-гидрогеологических условий, активизации и развитию современных геологических процессов (подтопления, оползней, сейсмичности, суффозии, карстовых, тиксотропии, проседаний лессовых горных пород и оседаний над горными выработками поверхности земли, набухания глин).
Приведенный обзор состояния изученности и литературных источников позволяет отметить, что в настоящее время в Крыму имеются фондовые и опубликованные материалы, необходимые для обоснования региональных особенностей формирования подземных вод под влиянием природно-техногенных факторов и изменений качественного состава подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Поэтому, целью работы является обоснование особенностей формирования подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения, под влиянием природных и природно-техногенных факторов в Крыму. Цель работы обусловила основные задачи, к которым относятся: уточнение, на основе новых данных, природных особенностей формирования подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения; оценка последствий воздействия техногенных факторов на формирование подземных вод основных гидрогеологических структур Крыма; анализ региональных изменений под влиянием природно-техногенных факторов, качественного состава подземных вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов; обоснование мероприятий, необходимых для рационального использования хозяйственно-питьевых подземных вод.
Методика, обоснование объекта и предмета исследований
Для выполнения данных исследований использовались традиционные методы: анализ, систематизация, обобщение опубликованных и фондовых материалов, математические, системного анализа, картографические и компьютерные технологии.
Согласно результатам анализа изученности и общим методическим положениям в качестве объекта исследований рассматриваются подземные
воды Крыма, используемые для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а предметом исследований являются особенности их формирования под влиянием природных, и природно-техногенных факторов.
Результаты исследований
В пределах Крымского полуострова выделяются три крупные гидрогеологические структуры (Южное крыло Причерноморского артезианского бассейна, гидрогеологическая провинция складчатой области Горного Крыма, западное замыкание Азово-Кубанского артезианского бассейна), в состав которых входят гидрогеологические области второго порядка, районы [3; 4]. Формирование подземных вод в каждой гидрогеологической структуре имеет свои особенности, но основными общими природными факторами их формирования являются следующие: тектонические, геологическое строение, геоморфологические, климатические и гидрологические. Инфильтрационный период формирования подземных вод в Крыму, в формате близком к современному, начался в конце плиоцена - начале плейстоцена (около 2 млн. лет тому назад). Климат в пределах Крыма в то время был более влажным, чем в настоящее время, в связи с наступлением ледников и смещением границы циклонов к югу. Интенсивные осадки и их инфильтрация были основными источниками замещения минерализованных седиментационных вод в отложениях юры, мела, палеогена, неогена инфильтрационными водами [3; 4; 7].
В Горном Крыму при инфильтрации атмосферных осадков, в юрских известняках верхнего этажа продолжалось формирование пресных (до 1,0 г/дм3) карстовых, преимущественно гидрокарбонатных кальциевых вод, с последующим накоплением и перемещением к местам разгрузки через многочисленные родники, а также субмарины в прибрежной зоне моря. Общий сток составляет около 500 млн. м3/год, в том числе, подземный сток около 314 млн. м3/год. В горных породах нижнего этажа (сланцы триас-юры), формируются минерализованные хлоридные натриевые, гидрокарбонатно-сульфатные кальциевые воды с минерализацией превышающей 1,5 г/дм3 и содержащие сероводород до 40,0 мг/дм3 [3].
В Равнинном Крыму формирование пресных напорных вод в породах неогена также началось в конце неогена - начале плейстоцена, когда закончилось образование основной области питания в Предгорье, находящейся на абсолютных отметках более 100 м над уровнем моря. Разгрузка вод, формирующихся в напорных водоносных горизонтах, происходила в Черное море на северо-западе и юго-западе полуострова, в зоне выходов известняков неогена в море, и на северо-востоке в зоне тектонических нарушений (на нулевых и отрицательных абсолютных отметках).
Особенности формирования напорных вод неогеновых водоносных горизонтов (основных эксплуатируемых) под влиянием природных факторов описываются в работах [3; 4] и дополняются результатами ретроспективного анализа
гидрогеодинамических условий по состоянию на 1890 -1905 гг. [7], т.е. на начало водоотбора, когда
региональный режим подземных вод еще не был нарушен. Определяющие природные факторы формирования подземных вод этого региона те же, что и для Горного Крыма. Основная область питания находится в Предгорье. Подземные воды, в отложениях неогена, перемещались от области питания под влиянием гидродинамического давления (по схеме сообщающихся сосудов). В области питания гидродинамическое давление превышало давление в областях разгрузки более чем на 10 атм. Основной процесс инфильтрационного питания непосредственно атмосферными осадками дополнялся
инфильтрацией из рек, временных водотоков, пересекающих область питания и аллювиальных четвертичных водоносных горизонтов. Общее инфильтрационное питание составляет примерно 1,04 млн. м3/сутки, или 379,6 млн. м3/год (только для водоносных горизонтов неогена в Равнинном Крыму). От области питания подземные воды в отложениях неогена движутся на северо-запад, север, северо-восток и юго-запад. При скоростях фильтрации в понт-меотических и сарматских водоносных горизонтах, в среднем равных, соответственно, 0,036 и 0,017 м/сутки [7], за весь период существования этих горизонтов могло произойти примерно 105 циклов водообмена. Скорости движения уменьшаются по мере погружения неогеновых отложений. У осевой части Причерноморской впадины (перешеек Крымского полуострова) и в зонах разгрузки они в 5,5 - 6,0 раз меньше, чем в пределах области питания. В приосевой части Причерноморской впадины встречаются два потока: южный - от областей питания в Крыму и северный - от питания неогеновых напорных водоносных горизонтов северного борта Причерноморской впадины водами реки Днепр (в настоящее время и водами Каховского водохранилища). В связи с этим образовалась зона замедленной фильтрации, где, практически, сохранились хлоридные натриевые воды с минерализацией 25 - 30 г/дм3, близкой к минерализации опресненного плиоценового морского бассейна, который длительное время сохранялся в этом районе.
От области питания в Предгорье к зонам разгрузки на северо-западе и северо-востоке образовались потоки пресных гидрокарбонатных кальциевых, гидрокарбонатно-сульфатных
кальциево-магниевых, гидрокарбонатных
натриевых вод с минерализацией от 0,3 до 0.7 г/дм3 на всю мощность понтических, меотических и средне-верхнесарматских отложений, которые в Северо-Сивашской гидрогеологической области не разделяются водоупорными слоями. Северозападный поток контактирует с зоной подпора. В нем, на севере Крыма за 12 - 15 км от зоны подпора, в нижних слоях водоносных отложений неогена встречены остаточные седиментационные хлоридные натриевые воды, минерализация и
мощность которых повышаются на север от широты на уровне сел Воронцовка-Орловка до г. Красноперекопска, соответственно от 1,2 г/дм3 до 5,5 - 30,0 г/дм3, и от первых метров до 175 и более метров, переходя в полностью минерализованные воды в осевой части Причерноморской впадины (на севере Северо-Сивашской гидрогеологической области).
Минерализованные воды от городов Армянска -Красноперекопска распространены на восток до 67 - 70 км. Северо-западный поток свободно разгружается в Черное море, а северо-восточный в системе тектонических нарушений в перекрывающие его отложения.
Подземные воды, движущиеся на юго-запад, были основными источниками питания неогеновых водоносных горизонтов Альминской впадины. Разгружались эти водоносные горизонты на значительном расстоянии от берега Черного моря на абсолютных отметках менее нуля. При удалении от области питания в Предгорье, в пределах Белогорского прогиба (на северо-восток, восток) и в Альминской впадине (на юго-запад, юг), на погружении водоносных отложений происходит повышение минерализации и уменьшение мощности пресных инфильтрационных вод. В нижних отложениях разреза, как и в Северо-Сивашской гидрогеологической области, появляются минерализованные воды и сероводород, содержание которого достигает 6,8 мг/дм3. Наличие сероводорода обусловлено миграцией его по зонам тектонических нарушений и образованием при десульфатизации воды в восстановительной среде (процесс перехода сульфатов в сульфиды). Это подтверждается уменьшением сульфатов в воде более чем в 5 раз [3; 7]. Напорные водоносные горизонты в отложениях понта, меотиса, среднего и верхнего сармата, кроме территорий в областях питания, перекрыты песчано-глинистыми отложениями среднего и верхнего плиоцена и четвертичного возраста, мощностью до 40 м увеличивающейся от областей питания, т.е. на большей части распространения эти водоносные горизонты относятся к категории защищенных, или условно защищенных в природных условиях. Регионально выдержанная толща, подстилающих глин нижнего сармата, отделяет водоносные горизонты понта, меотиса, среднего и верхнего сармата от напорного водоносного горизонта среднего миоцена. Напоры этого горизонта на погружении превышают напоры верхних горизонтов до 10 м и более. Коэффициенты водопроводимости его более чем на порядок ниже, чем в верхних миоценовых горизонтах. В связи с более низкой водообильностью, глубоким залеганием и особенностями состава вод он менее практически востребован. Воды этого водоносного горизонта на погружении гидрокарбонатные, хлоридные натриевые с минерализацией в 50 - 70 км от области питания, превышающей 1,5 г/дм3 и содержат сероводород более 3,0 мг/дм3, имеют температуру +20оС и выше.
Минерализация и температура основных водоносных неогеновых горизонтов, соответственно, не превышают 0,7 г/дм3 и +15оС. Водоносные горизонты в четвертичных, плиоценовых, палеогеновых,
нижнемеловых, юрских отложениях, с водами пригодными для хозяйственно-питьевого водоснабжения, имеют ограниченное
распространение только в Предгорье, в долинах рек и не являются основными источниками водоснабжения в Равнинном Крыму [1-4; 7].
На юго-западе Керченского полуострова развиты практически безводные глины майкопа, а в северо-западной части распространены отложения неогена, содержащие слабо напорные воды с минерализацией более 1,5 г/дм3. На северо-востоке полуострова подземные воды в отложениях неогена образуют малые артезианские бассейны в мульдах, преимущественно с минерализацией вод 3 - 10 г/дм3 до 65 г/дм3 в зонах замедленного движения в центрах мульд. Только в краевых частях мульд, у областей питания, минерализация воды не превышает 2,0 г/дм3. На Керченском полуострове, в районе оз. Чокрак, вскрыты скважинами сероводородные воды от слабо минерализованных (2 - 3 г/дм3) сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатных натриево-кальцие-вых с содержанием сероводорода 10 - 20 мг/дм3 до сильно минерализованных (20 - 35 г/дм3) хлоридных натриевых с содержанием сероводорода до 250 мг/дм3 и выше. На юго-востоке полуострова, в районе оз. Тобечикского и с. Костырино, вскрыты термальные хлоридно-гидрокарбонатные воды (до +52оС) с минерализацией 11 - 17 г/дм3 [3].
Эксплуатировались подземные воды, преимущественно, неогеновых и четвертичных горизонтов в пределах Равнинного Крыма, Предгорья, Керченского полуострова, а юрских, меловых, палеогеновых и четвертичных горизонтов в Горном Крыму и Предгорье. Вода отбиралась из родников и колодцев. Первые скважины на неогеновые водоносные горизонты были пробурены в конце Х1Х столетия в Равнинном Крыму. За десятилетие с 1890 г. по 1900 г. было введено в эксплуатацию 173 скважины. Водоотбор развивался достаточно интенсивно и уже за десятилетие (1931 -1940 гг.) было пройдено 756 скважин, а в 1961 -1970 гг. - 1419 скважин. Ко второй половине 60-х годов прошлого столетия, несмотря на приход вод Северо-Крымского канала, число скважин на подземные воды основных эксплуатируемых неогеновых водоносных горизонтов по сравнению с началом эксплуатационного водоотбора увеличилось в 8,2 раза, а по сравнению с 30-ми годами в 1,9 раза. При этом, в 60-е годы скважины бурились диаметрами более чем в 1,5 - 2,0 раза превышающими диаметры ранее пробуренных скважин и оборудовались глубинными насосами в 5 - 7 раз большей производительности. Все это обусловило увеличение водоотбора в летнее время, в связи с использованием подземных вод для орошения, только в Северо-Сивашском артезианском бассейне в 6,8 раза и формирование региональных депрессионных воронок практически
перехватывающих поток пресных вод от области питания в Предгорье [2; 5-11].
В осевой части Причерноморской впадины (зона подпора) находились и находятся седиментационные минерализованные воды в отложениях неогена, уровни которых превышали динамические уровни в зоне интенсивного водоотбора более чем на 2,0 м, что обусловило движение их к югу и замещение пресных вод минерализованными со скоростью до 440 м/год. Этот процесс происходил по всей линии контакта пресных и минерализованных вод (около 70 км) на севере Крыма и в результате остались без пресной воды г. Красноперекопск, с.с. Почетное, Филатовка, Уткино и др. [5; 7; 8; 9]. Замещение пресных вод минерализованными водами продолжалось более 5 лет и прекратилось только тогда, когда не стали использовать пресные подземные воды для орошения. Это произошло после ряда постановлений директивных органов Украины, запретивших отбор пресных подземных вод для орошения и указывающих на необходимость использования для него только вод Северо-Крымского канала.
Водоотбор вызвал подтягивание морских вод в Альминском бассейне к основным водозаборам на неогеновые водоносные горизонты и к водозаборам аллювиальных водоносных горизонтов в долинах рек Южного берега. В последнее 25-летие, в связи с общим уменьшением водоотбора эти процессы частично прекратились.
Однако, нарушение качественного состава подземных вод продолжалось под влиянием различных видов хозяйственной деятельности, обусловливающей нарушение эколого-гидрогеологичских условий. Во всех гидрогеологических бассейнах Крыма по данным, приведенным в работе [2], имеются очаги загрязнения и ухудшения качества отбираемых вод, в том числе и на отдельных водозаборах централизованного
водоснабжения с утвержденными эксплуатационными запасами подземных вод. В Равнинном Крыму и частично Предгорье выявлено (по состоянию на 2010 г.) 39 очагов загрязнения подземных вод четвертичных, неогеновых, палеогеновых водоносных горизонтов южного борта Причерноморского артезианского бассейна. Загрязнение имеет, практически, региональное распространение. Наиболее распространены нарушения качественного состава подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, обусловленные превышающими ПДК содержаниями нитратов, железа, пестицидов, тяжелых металлов, нефтепродуктов, хлоридов, сульфатов и общей жесткостью, минерализацией. Например, в очагах загрязнений превышают ПДК в подземных водах содержания нитратов, лития, стронция, марганца, никеля, соответственно, в 3,7; 11; 3,5; 9,6; 1,9 раза [2].
В пределах Гидрогеологической провинции складчатой области Горного Крыма отмечается загрязнение нитратами и повышенный индекс бактерий групп кишечных палочек (БГПК) в аллювиальных, палеогеновых, меловых и юрских водоносных горизонтах. По данным на 2009 г. существовало более 10
очагов указанных выше загрязнений (преимущественно родники), где индекс БГПК достигает 28 - 2380 колоний образующих единиц (КОЕ)/дм3. Бактериологическое загрязнение подземных вод установлено в районах городов Симферополя, Севастополя, Ялты, Алушты и др. населенных пунктов. Очаги загрязнения подземных вод выявлены в долинах рек Южного берега и карстовых вод в пределах наиболее посещаемых территорий [2]. Обусловлено это тем, что практически все аллювиальные и карстовые водоносные горизонты незащищены, или недостаточно защищены (по данным специальной картографической оценки защищенности подземных вод Крыма, выполненной в конце 70-х годов прошлого столетия в масштабе 1:200 000). Защищенность подземных вод изменяется во времени под влиянием техногенных факторов, на что указывают выявленные фактически загрязненные водоносные горизонты в пределах отдельных водозаборов и бассейнов, где по данным ранее выполненной оценки они относились к защищенным [6-11].
Загрязнение подземных вод и ухудшение их качественного состава происходят на фоне незначительного использования эксплуатационных запасов, утвержденных государственными и территориальными комиссиями по запасам, преимущественно во второй половине прошлого столетия. По состоянию на 2009 г. прогнозные
Из анализа данных, приведенных в таблице 1, следует, что при увеличении населения Крыма до 3,2 млн. человек и потреблении воды по 90 - 200 л/сутки на человека, водоотбор не превысит 24% и 54% от утвержденных эксплуатационных запасов. Следует отметить, что при потреблении всем населением в 3,2 млн. человек по 360 л/сутки водоотбор составит 97% от утвержденных запасов и 88% от прогнозных ресурсов. Таким образом, количество утвержденных запасов удовлетворяет потребности
ресурсы подземных вод всех горизонтов составляют -1300,8 тыс. м3/сутки, а разведанные и утвержденные запасы - 1182,38 тыс. м3/сутки, т.е. 91% от общих ресурсов. В тоже время осваивается прогнозных ресурсов - 26%, разведанных запасов - 20% [2]. При этом из осваиваемых прогнозных ресурсов используются воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения,
производственных целей, сельского хозяйства, орошения, розлива и сбрасываются без использования, соответственно в (%): 71; 8,8; 5,3; 3,8; 0,02 и 11,3. Приведенные показатели использования прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод указывают на наличие значительного резерва, который возможно использовать. Это подтверждается приведенными в работах [22; 23] показателями количества подземных вод в Крыму и расчетами возможного их использования, в первую очередь, для хозяйственно-питьевых целей. В указанных статьях приводятся два показателя среднего потребления воды населением Крыма на человека, по состоянию на 2014 г., 90 л/сутки (90 дм3/сутки) и возможное увеличение до 200 л/сутки (200 дм3/сутки). Кроме того, согласно СНиП2.04.01-85 «Внутренние водопроводы и канализация зданий» в зданиях с водопроводом и канализацией рекомендованное потребление воды на одного человека должно составлять 360 л/сутки (360 дм3/сутки). Потребление подземных вод рассматривается исходя из численности населения в Крыму - 1,96 млн. человек и 2,5 млн. человек [23] и возможном увеличении ее до 3,2 млн. человек (таблица 1).
в питьевой воде для населения Крыма и остаются еще подземные воды для использования в других отраслях экономики, которое в настоящее время составляет 25% от потребления воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
На основании обобщения и анализа результатов исследований Казенного предприятия (КП) «Южэкогеоцентр» (в настоящее время ГУП РК «Крымгеология»), выполненных за последние двадцать лет, В.И. Морозов обосновал возможность увеличения водоотбора из различных эксплуатируемых водоносных
Таблица 1.
Динамика использования утвержденных запасов подземных вод, при различных вариантах потребления воды в сутки одним человеком и изменяющейся общей численности населения в Крыму. [22; 23]
Количество воды, потребляемой человеком в сутки, л (м3) Численность населения в Крыму (на 2014 г. и перспективу), млн. чел Количество потребляемой воды от утвержденных запасов подземных вод, в процентах Примечание
1 2 3 4
1,96 15
90 (0,09) 2,50 19 Показатель
3,20 24 3,2 млн. чел.,
1.96 33 приводится как
200 (0,2) 2,50 3,20 42 54 прогнозный при возможном 30%
1,96 60 приросте населения.
360 (0,36) 2,50 3,20 76 97
горизонтов в пределах Равнинного Крыма, Предгорья, Горного Крыма примерно на 269 тыс. м3/сутки, для уменьшения дефицита питьевого водоснабжения, возникшего в связи прекращения подачи воды из Каховского водохранилища, которое не приведет к значительным изменениям в существующем балансе между прогнозными ресурсами, утвержденными эксплуатационными запасами и водоотбором, потому что водоотбор составит, соответственно, 47% и 43%.
Количество подземных вод, необходимых для хозяйственно-питьевого водоснабжения может удовлетворить современные и растущие потребности, но качественный состав их требует уточнения. На это указывают данные об очагах загрязнения, приведенных в работах [1; 2; 5-11; 23]. Эти сведения о загрязнении подземных вод не полностью отражают уровень существующей техногенной опасности. При их выявлении не учитывалось наличие: не менее 70% сельских населенных пунктов без канализации и очистных сооружений; автозаправочных станций (АЗС); хранилищ углеводородов, жидких, твердых бытовых отходов; 21 водохранилища и 817 прудов, с общими объемами воды 336,8 млн.м3и 80,7 млн.м3; водопроводов, нефте-газопроводов, канализационных и других линейных сооружений.
Одним из важнейших факторов, определяющих развитие регионального загрязнения, является подтопление, развивавшееся на площадях орошаемого земледелия, в переделах промышленно-городских агломераций и других населенных пунктов. В 1982 г. было подтоплено 4,15% всей площади полуострова, а в 2004 г. -16,4%, то есть ежегодно площади подтопления увеличивались на 0,56% (150,24 км2), при, практически, одинаковом среднегодовом природном увлажнении. Притом, происходило это на фоне общего уменьшения использования воды с 1990 г. по 2001 г. в 2 раза, в том числе для хозяйственно-питьевых целей в 1,5 раза и промышленности в 2,3 раза. За тот же период времени потери при транспортировке воды, в водоводах различного типа, увеличились в 1,97 раза. По результатам анализа состояния водоводов, водопроводных и канализационных сетей в Крыму, около 41% из них - ветхие [13; 14; 16], что и является основной причиной увеличения площади подтопления в населенных пунктах. Этот процесс не только оказывает отрицательное влияние на условия жизнедеятельности, но и способствует региональному загрязнению подземных вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов Крыма. Подтопление вызывается подъемом уровня первых от поверхности земли грунтовых водоносных горизонтов, в тоже время уровень основных водоносных горизонтов, из которых происходит водоотбор, понижается на водозаборах и прилегающим к ним территориям (образуются депрессионные воронки водоотбора).
При этом увеличиваются гидродинамическое давление и происходят процессы переноса загрязняющих компонентов в системе «горные породы зоны аэрации -грунтовые воды - слабоводопроницаемые горные породы - подземные воды эксплуатируемых горизонтов». Особенно активно эти процессы проявляются в зонах тектонических нарушений [5; 8-13; 17-21].
Поэтому, в условиях недостаточного природного увлажнения, подтопление стало доминирующим современным геологическим экзогенным процессом и одним из ведущих факторов регионального изменения качественного состава подземных вод в Равнинном Крыму и Предгорье. Подтоплено большинство населенных пунктов и городов (Симферополь, Феодосия, Керчь, Красноперекопск, Советское и др.), Изменения качественного состава подземных, по числу и пространственному распределению источников и очагов загрязнения подземных вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов в пределах всех гидрогеологических областей Крыма, практически достигло регионального уровня [2; 5-7; 10; 12-14; 16; 18]. В настоящее время, несмотря на существовавшую в течение последних 25 лет тенденцию уменьшения потребления воды для всех видов хозяйственной деятельности, происходило формирование постоянного регионального источника качественного изменения (загрязнения) подземных вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов и изменения их естественной защищенности [2; 5-14].
Согласно данным, приведенным в пресс-релизе Минприроды Крыма «Бесперебойное водоснабжение Республики Крым» от 30 января 2015 мероприятия, намеченные Планом первоочередных мероприятий /действий/ по обеспечению бесперебойного хозяйственно-бытового питьевого водоснабжения Республики Крым, утвержденного приказом Минприроды России от 24.09.2014 № 417 (далее «План»), постановлением Совета министров Республики Крым от 18.08.2014 № 270 определены мероприятия, среди которых одним из важнейших является обеспечение г. Керчи и др. населенных пунктов восточного Крыма водой, пригодной для хозяйственно-питьевого водоснабжения, выполняются. Выполнение, предусмотренных «Планом» мероприятий, безусловно, улучшит условия обеспечения водой определенное количество населенных пунктов на какой-то промежуток времени, но возникает вопрос на какой. Ответ на этот вопрос могут дать только результаты специальных гидрогеологических исследований, выполненных с целью переоценки эксплуатационных запасов по существующим месторождениям (водозаборам) и региональная оценка эксплуатационных запасов и ресурсов подземных вод. Необходимость этих специальных гидрогеологических исследований подтверждается прежде всего существующими требованиями к срокам, на которые утверждаются эксплуатационные запасы поземных вод. Эти сроки превышены, преимущественно, от
нескольких до десятков лет и это при наличии источников постоянного регионального и локального техногенного загрязнения в сложных природных гидрогеологических условиях [2; 3; 5; 7; 12-14; 17]. На необходимость переоценки эксплуатационных запасов подземных вод указывается в работах [15; 16; 18; 23]. При наличии данных о качественном состоянии подземных вод в пределах региона и на отдельных водозаборах возможно прогнозирование и оценка эксплуатационных запасов, уточнение ресурсов подземных вод и создание математических постоянно действующих моделей с использованием компьютерных технологий, что позволит не только прогнозировать ожидаемые изменения гидрогеологических условий, но и управлять водоотбором, поддерживать
рациональное использование подземных вод.
Выводы
Оценить возможность использования подземных вод в качестве гарантированного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения с прогнозируемым временем сохранения качественного состава, удовлетворяющего нормативным требованиям, и заданных необходимых уровнях водоотбора, возможно только при одновременном выполнении заданий «Плана» и приведенных ниже мероприятий:
- региональной оценки качественного состава подземных вод основных эксплуатируемых и смежных с ними водоносных горизонтов. Установления уровня реальной взаимосвязи между исследуемыми горизонтами. Эти работы необходимо выполнить по всем гидрогеологическим областям, потому что между ними существует гидравлическая связь;
- выполнения регистрации, картирования и оценки уровня опасности источников загрязнения. Установления связи этих источников с уже выявленными очагами загрязнения в эксплуатируемых и смежных с ними водоносных горизонтах, а также в горных породах зоны аэрации;
- региональной и локальной оценки качественного состава вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов, выявление и определение степени опасности источников загрязнения позволят уверенно выполнить переоценку утвержденных эксплуатационных запасов подземных вод, установить возможные объемы отбора подземных вод без ухудшения их качества во времени и пространстве.
Одновременно с рекомендованными выше работами необходимо анализировать и совершенствовать существующую систему гидрогеологического мониторинга, приводить его в соответствие с изменяющимися условиями формирования подземных вод. Задачи существующего мониторинга следует расширить и
перевести его на уровень эколого-гидрогеологического комплексного мониторинга, главной задачей которого должно быть не фиксирование осуществившихся «событий» - изменения качества подземных вод и гидрогеодинамических условий, а предупреждение возможного их возникновения и минимизация отрицательных последствий.
Для этого должны быть организованы наблюдения не только за количественными и качественными показателями, характеризующими состояние подземных вод, но и за источниками и очагами загрязнения.
Для целей управления и рационального использования подземных вод необходимо составление постоянно действующих картографических
электронных моделей, позволяющих по данным мониторинга, практически в реальном масштабе времени, вносить необходимые поправки, возникающие в процессе эксплуатационного водоотбора, и принимать любые управленческие решения.
Создание картографических постоянно действующих электронных моделей и необходимых для их функционирования электронных баз данных значительно сократит затраты на поддержание оптимального рационального режима эксплуатации подземных вод, потому что при необходимости дорогостоящие полевые работы будут выполняться целенаправленно с максимальным использованием накопившегося фондового материала, результатов комплексного эколого-гидрогеологического
мониторинга, что обеспечит стабильную возможность управления эксплуатационным водоотбором.
Список литературы
1. Устойчивый Крым. Водные ресурсы. /Под редакцией В.С. Тарасенка. - Симферополь: Изд-во «Таврия», 2003. - 413 с.
2. Стан шдземних вод Укра1ни (щор1чник) /Ввдповвдальний за випуск зав. вщдшом обл1ку ресурс1в щдземних вод Н.Г. Пишна. - К.: ДНВП «Геошформ Украни». 2010. - 118 с.
3. Гидрогеология СССР, том VIII, Крым. /Редактор
B.Г. Ткачук - М.: «Недра», 1971. - 364 с.
4. Маков К.И. Подземные воды Причерноморской впадины. - М.: Госгеолтехиздат, 1940. - 215 с.
5. Лущик А.В., Мелешин В. П. Влияние водоотбора на взаимосвязь неогеновых водоносных горизонтов Равнинного Крыма. //Материалы конференции, посвященной 25-летию Крымского отдела Географического общества СССР. «Проблемы географии Крыма». - Симферополь, 1971. - С. 60 - 64.
6. Лущик А.В. Проблемы рационального использования запасов пресных подземных вод в районе Степного Крыма. //Водные ресурсы, № 4, 1976. -
C. 106 - 114.
7. Подземные воды карстовых платформенных областей Украины /А.В. Лущик, В.И. Морозов, В.П. Мелешин и др. - Киев: Наук. думка, 1981. - 199 с.
8. Лущик А.В. Формирование гидрохимического режима подземных вод в карбонатных отложениях под влиянием орошения в Равнинном Крыму //Пражский
конгресс интернациональной ассоциации гидрогеологов. Материалы. Том XVI, книга 3. -Прага, 1982. - С. 307 - 315.
9. Лущик А.В., Морозов В.И., Мелешин В.П., Улитина А.А. Формирование подземных вод как основа гидрогеологических прогнозов. // Материалы 1-й Всесоюзной гидрогеологической конференции. Т. 2. - М.: Наука, 1982. - С.111-113.
10. Дублянский В.Н., Лущик А.В., Морозов
B.И. и др. //Проблемы рационального использования и охраны геологической среды Крыма и прилегающих районов. - Киев: ИГН АН УССР, 1990. - 48 с.
11. Лущик А.В. Прогноз изменений гидрогеологических условий под влиянием водоотбора // Разведка и охрана недр, № 9, 1973. -
C. 52-54.
12. Рубан С.А., Шинкаревский М.А. Гвдрогеолопчш оцшки та прогнози режиму шдземних вод Укра1ни (монограф1я) - К.: УкрДГР1, 2005. - 572 с.
13. Яковлев £.О. Анал1з впливу сучасного стану водопроввдно-канал1зацшних 1 теплоенергетичних мереж мсп селищ Укра1ни на !х шженерно-геолопчну та сощально-економ1чну безпеку// "Свгг геотехнши", 2007, №1. - С. 4-12.
14. Яковлев £.О., 1ванюта С.П. Просторово-часовий розвиток щдтоплення земель у мютах 1 селищах мюького типу як головний фактор техногенезу !хнього геолопчного середовища. Нацюнальна безпека: украшський вим1р: щокв. наук. зб. /Рада нац. безпеки 1 оборони Украши. 1н-т пробл. Нац. безпеки: редкол.: Горбулш В.П. (голов. ред.) [та ш. ]. - К. 2008. Вип. 1-2 (20-21). С. 112119.
15. Лютий Г.Г. Забезпечення проведення в УкраМ переоц1нки перспективних та прогнозних
ресурав шдземних вод. //Матерiали науково-техшчно1' конференцй' "Прикладна геологiчна наука сьогодш: здобутки та проблемi". 5 - 6 липня 2007 р. м. Ки1'в. - К.: Укр. ДГР1, 2007. - С. 198-199.
16. Безпека регюшв Укра1'ни i стратепя И гарантування. Природно-техногенна (екологiчна) безпека Т.1. /За редакщею Б.М. Данилишина. - К.: Наукова думка, 2008. - 389 с.
17. Оценка защищенности и уязвимости подземных вод с учетом зон быстрой миграции / Шестопалов В.М., Богуславский А.С., Бублясь В.Н. Научно--инженерный центр радиогидроэкологических полигонных исследований. Институт геологических наук НАН Украины. - Киев. 2007. - 120 с. ISBN 978966-413-068-1
18. Еколопя Украши : навчальний поабник /Вщ.. ред. акад. НАН Украши В.М.Шестопалов. - Ки1'в: Видавничо-полiграфний центр «Кшвський ушверситет», 2011. 671 с. ISBN 978-966-439-457-1
19. Эколого-гидрогеологический мониторинг территорий загрязнения геологической среды легкими нефтепродуктами /Н.С. Огняник, Н.К. Парамонова, А.Л. Брикс. - К.: LAT & K. - 2013. - 253 с. ISBN978-966-2944-85-3.
20. Ситников А.Б. Динамика влаги и солей в почвогрунтах зоны аэрации. - Киев: Наукова думка, 1986. - 150 с.
21. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П., Проницаемость и фильтрация в глинах - М.: Недра, 1986. - 161 с.
22. Крым в деталях. Сайт о развитии Крыма. Информационный ресурс: http://www.krimspec.org/infrastructura/vod
23. Кизяев Б.М. Проблемы водоснабжения на Крымском полуострове и поиск их решения / Б.М. Кизяев, С.Д. Исаева // Мелиорация и водное хозяйство. - 2014. - № 3. - С. 2-6.
Lushik A.V., Gorbatyuk N.V., Morozov V.I.
ABSTRACTION AND ITS IMPACT ON GROUNDWATER SUITABLE FOR DRINKING
WATER SUPPLY IN CRIMEA
Abstract: Discusses issues of knowledge, formation of groundwater suitable for drinking water supply in Crimea under the influence of natural and anthropogenic factors, provides examples of the impact of water intake from the main exploited aquifer on the qualitative composition and quantity of groundwater. Justified the measures necessary for the rational use of groundwater as the main source of domestic water supply.
Keywords: groundwater, formation, withdrawal, exploitation reserves.
