Использование подземных вод


2.2.2.5. Использование подземных вод

            Основным источником водоснабжения г. Воронежа являются подземные воды. Водозаборные узлы расположены по берегам Воронежского водохранилища и забирают, в основном, воду, профильтровавшуюся из него через толщу загрязненных илов на дне и массив песка, отделяющий фильтры эксплуатационных скважин от дна водохранилища (рис 2.2.2).  

            Рисунок 2.2.2

Схематический поперечный разрез Воронежского водохранилища и прилегающих склонов

Схематический поперечный разрез Воронежского водохранилища и прилегающих склонов

1 – атмосферные осадки; 2 – естественный уровень грунтовых вод; 3 – уровень грунтовых вод в совре-менных условиях; 4 – Воронежское водохранилище; 5 - промышленное предприятие; 6 – промышленные отходы; 7 – водозаборные скважины.

            Общие эксплуатационные запасы, разведанные по всем водозаборным узлам города, составляют  515 тыс. куб. м/сут. Структура эксплуатационных запасов в настоящее время  для существующих водозаборов определяется привлекаемыми ресурсами, т.е. именно инфильтрацией из водохранилища и р. Усмань. Вслед за загрязнением этих водоемов неизбежно ухудшится качество и питьевых вод, подаваемых из водозаборов. Загрязняющими веществами в питьевой воде являются  природные соединения железа и марганца, величина общей жесткости,  а также техногенные загрязнители: свинец, медь, цинк, молибден, фосфор и  некаль в водозаборе № 9 в районе Песчанки (юго-восток города). 

            Для обеспечения населения и промышленности водой питьевого качества в Воронеже создано 12 централизованных водозаборов, в том числе 6 - на разведанных участках (рис.2.2.3).

            Воздействие водоотбора на гидрогеодинамические условия территории г. Воронежа главным образом определяется наложением на естественный поток понижений уровней и образованием депрессионных воронок. Формирование депрессионных воронок и величины уклонов преобразованных потоков подземных вод зависит от граничных условий водоносного пласта, его фильтрационных свойств, от характера и величины водоотбора.

            Основные коммунальные водозаборы города (7 водозаборов), за исключением ВПС-9, инфильтрационного типа, так как они расположены вблизи Воронежского водохранилища и р. Усмань. Подземные воды имеют тесную гидравлическую связь с водохранилищем. По достижении депрессией водохранилища, рост воронок сдерживается, и происходит практическая стабилизация уровней воды в скважинах водозаборов. В настоящее время водозаборы работают в квазистационарном режиме фильтрации.

            В сложившихся условиях работа 6-ти (№№ 3, 4, 6, 12, Чертовицкий и Южно-Чертовицкий) (рис.2.2.3) инфильтрационных водозаборов г. Воронежа определяется преимущественно воздействием Воронежского водохранилища, которое представляет внешнюю питающую границу пласта в условиях широкого водоема. Питание этих водозаборов на 75-85% осуществляется за счет привлечения инфильтрационного потока из водохранилища.

            Водозабор Чертовицкий расположен на правом берегу, в 16 км севернее центра города. Водозабор эксплуатируется с 1972 года. Скважины расположены тремя рядами, расстояние первого ряда до уреза водохранилища составляет 20 – 30 м. Водоотбор составляет 125,5 тыс. куб.м/сут. Глубина каждой скважины от 39 до 44 м.

            Водозабор № 8 расположен на левом берегу Воронежского водохранилища. Эксплуатация началась в 1969 году. Здесь 62 скважины в два линейных ряда вдоль берега во-дохранилища. Водоотбор составляет 115,6 тыс. куб.м/сутки. 

            Водозабор № 4 расположен на правом берегу, севернее железнодорожного моста. Мощность эксплуатируемого горизонта составляет 30 м. Водоотбор составляет 39 тыс. куб.м/сут.

            Водозабор № 3 расположен на склоне четвертой правобережной террасы. Водоносный горизонт имеет мощность около 30 м. Это – 17 скважин, расположенных в два ряда. Водоотбор составляет 13,1 тыс. куб. м/сут. Начало эксплуатации – 1914 г. Это единст-венный водозабор с плиоценовыми глинами, защищающими его от загрязнения сверху.  

            Несколько иная картина на водозаборе № 12 расположенного на левом берегу р. Усмань, в условиях узкой реки с несовершенным гидродинамическим вскрытием водоносного горизонта, которое составляет не более 5 - 10%. При интенсивном водоотборе река Усмань представляет внутреннюю границу пласта. При этом характер питания водонос-ного горизонта поверхностными водами на участке действующего водозабора определя-ется положением уровня (напора) подземных вод. Взаимосвязь подземных и поверхно-стных вод происходит через заиленные, слабо проницаемые пойменные отложения и осуществляется в подпертом режиме фильтрации, либо при снижении уровня подзем-ных вод в свободном режиме - путем "дождевания". Балансовая структура водопритоков к водозабору № 12 складывается таким образом: речные воды - около 60%, поступление подземных вод из пласта — около 40%. Водоотбор составляет 35,2 тыс. куб. м/сут.

            Водозабор № 9 расположен в пределах пологого склона водораздела водохранилище - р. Усмань, в осевой части белогорской палеодолины. 

По водозаборам №№ 3, 4, 8, 12, Чертовицки, Южно-Чертовицкий ГКЗ СССР (26.12.73 г. Протокол №7081) утверждены эксплуатационные запасы подземных вод по про-мышленным категориям в количестве 676,1 тыс. м3/сут. Водоотбор по ним в 2001 г. равен 414,4 тыс. м3/сут. По водозаборам №№ 6, 9 эксплуатационные запасы не утверждались в связи с угрозой загрязнения подземных вод некалем.

            По данным городской администрации существует дефицит в питьевой воде в объеме 150 тыс. м3/сут, на перспективу он возрастает до 300 - 400 тыс. м3/сут. Это объясняется тем, что Южно-Воронежское и Староживотиновское МПВ с разведанными запасами в 260 тыс. м3/сут в обозримой перспективе не проектируются к эксплуатации, а запасы по ранее существовавшим водозаборам №№ 1, 2, и 6 в количестве 100 тыс. м3/сут подлежат списанию. В связи с этим, увеличение производительности действующих водозаборов для снижения части дефицита в воде - проблема номер один в водоснабжении г. Воронежа. 

            Показателем экологической оценки состояния гидрогеодинамической обстановки является положение уровня подземных вод. Наибольшее понижение уровня зафиксировано в пределах центральной части правобережных водозаборов Чертовицкий и Южно-Чертовицкий и составило 10.5 м (56% от допустимой величины). Вокруг этих водозаборов сформировалась общая депрессионная воронка овальной конфигурации, вытянутая с северо-востока на юго-запад вдоль Воронежского водохранилища на 7.7 км, по субширотной оси размер воронки - 4.5 км, площадь 12.2 км2 (рис. 2.2.3). Вокруг остальных водозаборов сформированы депрессионные воронки меньших размеров, площадью не более 3.4 км2 и снижением уровня не более 47.5% от допустимой величины.

            В результате многолетней эксплуатации основных правобережных водозаборов про-изошел частичный отрыв уровня от дна водохранилища. Так, на водозаборах Чертовиц-ком и Южно-Чертовицком в прибрежной части глубина отрыва уровня от уреза водохра-нилища составляет 2.4 - 3.2 м, на намывной площадке водозабора № 4 - 3.3 - 4.4 м. Это обусловлено низкой проницаемостью ложа дна водохранилища. В районе ВПС-4 коэф-фициент фильтрации донных отложений составляет всего 0.03 м/сут. На водозаборе № 12 установлен полный отрыв уровня подземных вод от дна р. Усмань, то есть прогнозные граничные условия (ГУ 1 рода), принятые при оценке эксплуатационных запасов, не подтвердились.

            Главным фактором, определившим формирование химического состава подземных вод на  водозаборах №6 и №9, явилось их смешение с загрязненными водами, поступивши-ми от полей фильтрации.

            Химический состав промышленных стоков, сбрасываемых на поля фильтрации, характеризуется высоким содержанием различного рода органических соединений, особенно непредельных углеводородов ароматического ряда, таких как стирол, некаль, высшие спирты, альдегиды и др. В неорганической части загрязнений в большом количестве присутствуют сульфаты, хлориды, минеральные масла. Наличие в общем стоке органических соединений, характерных для производства завода СК, придает сточным водам специфический ароматический запах, сохраняющийся в течение длительного времени.

            В результате химический состав подземных вод по ряду основных показателей существенно изменился: содержание хлоридов повысилось до 500-1000 мг/л, сульфатов до 300-600 мг/л, увеличилась минерализация вод (сухой остаток до 2,5 г/л), окисляемость возросла до 225 мгО2/л. Кроме того, в воде присутствовали специфические компоненты сточных вод производства синтетического каучука: некаль с концентрацией до 450 мг/л; лейканол; стирол и т.д. Подземные воды по своему составу стали хлоридными, хлорид-но-сульфатными, натриевыми, кальциево-натриевыми с минерализацией 1,2-2,8 г/л (при норме ГОСТ – до 1 г/л). Загрязнение подземных вод оценивалось по минерализации (сухому остатку), окисляемости. Но чаще всего – по содержанию некаля. Предыдущими исследованиями между этими характеристиками устанавливалась взаимосвязь. Так по материалам института ВОДГЕО (1967г.) для высоких значений содержания некаля характерны повышенные значения сухого остатка и окисляемости.

            До заполнения Воронежского водохранилища на март 1972г. площадь загрязнения составляла около 8км2. К марту 1975г., когда нарушенный при создании водохранилища режим подземных вод установился, площадь увеличилась до 9км2, к 1982г. она достигла 11 км2, в 1988г. – 20 км2. 

            Таким образом, можно констатировать, что грунтовые и питьевые воды на левом берегу водохранилища подверглись прогрессирующему загрязнению и не могут рассматриваться без мер по их защите и реабилитации как резерв для усиления водоснабжения.

            Существенному ухудшению качества подземных вод способствует и плановая инфильтрация сточных вод с неканализованной территории города. Об этой причине понижения качества подземных вод на правом берегу может свидетельствовать гидрохимический режим Митрофаньевского родника, выходящего у подножья склона под главным зданием Воронежского государственного университета. Вода этого родника по большинству показателей не отвечает нормам ГОСТ на питьевую воду.

            Город уже сейчас нуждается в увеличении эксплуатационных запасов высококачественной питьевой воды из подземных водозаборов. Возможности для успешных поисков и разведки подземных вод имеются. В частности, перспективным направлением разведки могло быть изучение  подруслового потока в долине р. Воронеж севернее города, в области развития постледниковых отложений Пра-Воронежа (Мишон, 1989). 

            При этом наилучшими условиями для работы водозаборных узлов являются:

  • Защищенность основного водоносного горизонта от поверхностного загрязнения глинами и суглинками четвертичного и плиоценового возраста. За аналог таких условий можно принять условия работы существующих водозаборов №4 и №11.
  • Залесенность или залуженность территории зоны санитарной охраны, отсутствие источников любого загрязнения в ее пределах. Это требование обусловлено плохой защищенностью подземных вод.