Научный гидроэкологический мониторинг

главных водных объектов Тверской области

В.И. Косов, академик РАЕН, МАНЭБ, профессор, д.т.н., декан факультета природопользования и инженерной экологии, зав. кафедрой природообустройства и экологии

    Тверская область обладает огромными водными ресурсами: более 800 рек, около 600 озер, 9 водохранилищ. На ее территории берут начало четыре крупнейших в восточной Европе реки и в их числе великая русская река Волга. Система Верхневолжских озер не имеет аналогов по своей гидрогеологии, гидрохимии, гидробиологии, поскольку представлена рядом озер, объединенных реками и протоками. Например, озеро Селигер — это, образно говоря, жемчужина русской природы, хрустальный купол России представляет собой комплекс, состоящий более чем из 20 озер, объединенных в единую водную экосистему, каждая из которых имеет свой статус трофии и уровень загрязненности под действием антропогенных нагрузок.

Для современной экологической оценки состояния водных экосистем Верхневолжья необходимо осуществление научного экологического мониторинга, результаты которого носили бы системный характер и являлись бы независимыми от субъективности региональных служб охраны природы и промышленно-природных комплексов. Научно обоснованный экологический мониторинг водных экосистем качественно отличается от «заказных» анализов тем, что объективны не только результаты анализов, но и их интерпретация, что важно при составлении прогноза.

Кафедрой «Природообустройство и экология» ТГТУ, силами ученых, преподавателей, аспирантов и студентов совместно с коллективами ученых ряда институтов РАН в течение нескольких лет выполняется научно-исследовательская работа в рамках ФЦП, которая носит статус Президентской — «Интеграция фундаментальной и вузовской науки» по двум проектам: «Экологический мониторинг Верхневолжья» и с 2000 г. «Экологический мониторинг озера Селигер». Ведущим научным исполнителем и координатором работ является ТГТУ (профессор В.И. Косов). Целью этих работ является установление уровня антропогенной нагрузки на водную экосистему реки Волги от ее истока до Иваньковского водохранилища, воздействие парагенетического комплекса болото — река на самоочищающую способность водных объектов, накопление и трансформация донных осадков и решение других важных научных проблем. Впервые систематические экспедиционные полевые и лабораторные исследования позволили выявить закономерности загрязнения р. Волги на всей ее протяженности по Тверской области.

Экологический мониторинг озера Селигер позволил получить новые научные данные о современном экологическом состоянии этой лимнологической экосистемы, уровня антропогенной нагрузки на различные плесы, смоделировать процессы загрязнения и накопления токсичных веществ как в воде, так и в донных осадках. Гидробиологические исследования позволили впервые для данного объекта получить полную картину о гидробионтах и влиянии на них загрязняющих веществ.

Совместные исследования на водных объектах проводятся не только с коллективами учебных и научных институтов РАН (Озероведения, МГУ, Океанологии, Географии, Водных проблем и т.д.), но и с зарубежными учеными из Германии. Одновременно на кафедре сформирован банк данных о торфяно-болотных экосистемах Верхневолжья и их влияние на экосферу региона.

Учеными кафедры исследованы сапропелевые отложения Тверской области и совместно с НПП «Сапрос» получены все необходимые лицензионные документы на высокоэффективное грязелечебное средство «Доктор Селигер». Математические модели и программное обеспечение, созданное на кафедре в рамках «Гидроэкологии» позволяют выполнить прогнозные расчеты по распространению загрязняющих веществ. Созданные на кафедре ПОЭ на основе природных материалов сорбенты и фильтры, а также их широкая апробация на практике по очистке вод от нефтепродуктов, тяжелых металлов, позволяют применять их для сохранения чистой окружающей среды на автозаправках, предприятиях, коттеджах и других объектах.

Использование подземных вод

(состояние изученности, водопотребление, перспективы)

Н.Н. Гладков, начальник отдела Государственного комитета природных ресурсов по Тверской области

Тверская область располагается в северо-западной и западной части Московского артезианского бассейна. В геологическом строении территории Тверской области принимают участие четвертичные, меловые, юрские, триасовые, пермские, каменноугольные, девонские, ордовикские и кембрийские отложения. Пресные подземные воды распространены в породах не древнее девонских.

Вся поверхность области покрыта четвертичными отложениями различного генезиса: ледниковыми, водноледниковыми, аллювиальными, озерными и болотными. Мощность четвертичного покрова определяется рельефом поверхности коренных пород, эродированностью дневной поверхности, генезисом четвертичных отложений и изменяется от 10-20 до 100-150 м и более.

Водоносные горизонты, развитые на территории области, неравноценны для использования их в качестве источника водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий. Основную роль в водоснабжении области играют воды каменноугольных отложений.

На западе области первостепенная роль принадлежит девонским водам, на северо-востоке — пермским, а на юго-востоке — мезозойским. Повсюду большое значение имеют воды четвертичных отложений, широко использующихся при помощи колодцев и мелководных скважин для сельского водоснабжения. Крупное водоснабжение на них базироваться не может ввиду ограниченных ресурсов и недостаточной защищенности от возможного загрязнения. Однако на востоке и юго-западе области, где в коренных отложениях распространены минерализованные воды, воды четвертичных отложений часто приобретают первостепенное значение.

Таким образом, хозяйственно-питьевое водоснабжение населения области базируется, в основном, на подземных водах. Поверхностные воды используются в Бежецком, Кашинском, Кимрском, Ржевском и Сонковском районах. Сельское население использует для водоснабжения исключительно подземные воды. Современное потребление подземных вод составляет 496,0 тыс. м³/сутки.

Начало использования подземных вод для хозяйственно-питьевых нужд на территории области относится к 1894 году, когда были пробурены первые скважины для водоснабжения г. Твери. В настоящее время на территории области учтено более 6 тысяч буровых на воду скважин, сведения по которым обобщены в виде обзоров по состоянию на 01.09.1963 г. за период с 1894 г. и за 1963-1978 гг. Сведения о скважинах, пробуренных после 1978 г., содержатся в учетных карточках, которые хранятся в фондах ТГФ, архивах Центра мониторинга геологической среды, буровых организаций и у недропользователей.

Многочисленные материалы по гидрогеологии области, проведенные до 60-х годов, обобщены в обширной монографии «Гидрогеология СССР», том I (Московская, Калининская, Ярославская, Владимирская, Рязанская, Тульская, Калужская, Смоленская области), которая издана в 1966 г.

За период конца 50-х и до конца 80-х годов территория области покрыта геолого-гидрогеологической съемкой масштаба 1 : 200000. На отдельных площадях проводилась гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка масштаба 1 : 50000 для целей мелиорации. Планомерные гидрогеологические исследования с целью водоснабжения крупных населенных пунктов в Тверской области начаты в середине 60-х годов.

За этот период разведаны и утверждены в ГКЗ СССР и ТКЗ эксплуатационные запасы подземных вод для следующих населенных пунктов:      гг. Андреаполь, Бологое, Зубцов, Кашин, Калязин, Конаково, Красный Холм,  Кувшиново, Нелидово, Осташков, Торопец, Удомля, Старица, а также пос. Редкино Конаковского района и пос. Спирово. Предварительно разведаны участки для водоснабжения городов Бежецка и Торжка, поисковые работы проведены для выявления перспективных участков для водоснабжения городов Ржева и Западной Двины.

Распределение разведанных запасов подземных вод по территории области неравномерно. Разведка подземных вод велась, прежде всего, для крупнейших населенных пунктов — городов областного подчинения, городов и поселков с развитой промышленностью. Районные центры с ориентацией на сельскохозяйственное производство и местную промышленность обеспечивались разведанными запасами подземных вод в последнюю очередь, для большинства из них оценка запасов не производилась.

По состоянию на 01.01.2000 г. в области разведано 25 месторождений (участков) подземных вод с утвержденными в ГКЗ и ТКЗ эксплуатационными запасами и 2 участка с запасами, принятыми на НТС Московской ГРЭ ПГО «Центргеология» по результатам предварительной разведки для водоснабжения городов Бежецка и Торжка. Общее количество утвержденных в ГКЗ и ТКЗ и принятых на НТС эксплуатационных запасов подземных вод составляет 1222,9 тыс. м³/сутки.

Все разведанные эксплуатационные запасы подсчитаны для подземных вод с минерализацией до 1 г/л и предназначены для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Основная часть разведанных запасов относится к каменноугольным водоносным горизонтам (92,28 %),

Региональные работы по оценке естественных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод на территории Московского артезианского бассейна выполнялись Московской ГРЭ и Ленинградским ГГИ по состоянию на 1972 год. В результате этих исследований установлены величины подземного стока в реки на территории Тверской области различной обеспеченности.

В 1994-99 гг. в соответствии с Постановлением Правительства РФ        № 802 от 18.10.92 г. «О неотложных мерах по обеспечению питьевого водоснабжения в Российской Федерации» и в рамках программы «Обеспечение населения России питьевой водой» группой сотрудников ТЦ МТС Тверьгеолуправления произведена работа по теме: «Оценка обеспеченности населения Российской Федерации ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения Тверской области. Целевое назначение работ — оценка прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод на территории Тверской области и обеспеченности ими потребности населения и промышленности для хозяйственно-питьевого водоснабжения как по административным районам, так и по области в целом.

Прогнозные эксплуатационные ресурсы определены для основных водоносных горизонтов (комплексов): юрско-четвертичного, гжельско-ассельского, касимовского, подольско-мячковского, каширского, алексинско-протвинского, бобриковско-тульского, озерско-хованского, задонско-плавского. Общие прогнозные ресурсы определены в количестве 6382,3 тыс. м³/сут, средний модуль ПЭР составляет 0,88 л/с*км². Ранее эксплуатационные ресурсы подземных вод (по состоянию на 01.01.85 г.) оценивались в количестве 2192,2 тыс. м³/сут. Таким образом, прирост прогнозных ресурсов составил 4190,01 тыс. м³/сут или 191 %.

Прогнозные ресурсы обеспечивают перспективные потребности в воде как в целом Тверскую область, так и все административные районы. Однако в ряде районов организация крупного водоснабжения затруднительна. К числу таких районов относятся Краснохолмский, Бежецкий, Кимрский, Западнодвинский, Торопецкий, Жарковский и некоторые другие.

На разведанных месторождениях работают 7 водозаборов для водоснабжения городов: Твери (три участка), Вышнего Волочка, Удомли и Зубцова (два участка). Все остальные водозаборы работают на неутвержденных запасах. По состоянию на 01.01.1999 г. в области зарегистрировано 1389 водопользователей, осуществляющих добычу подземных вод. Общее количество учтенных эксплуатационных на воду скважин 6670, в том числе действующих 5124. Общий отбор подземных вод по области в 1998 г. составил 496,0 тыс. м³/сут.

Качество подземных вод отличается значительным разнообразием. Территория Тверской области, как и всего Московского артезианского бассейна, характеризуется наличием прямой вертикальной гидрохимической зональности: с увеличением глубины залегания возрастает минерализация подземных вод и изменяется химический тип воды, что позволяет выделить четыре гидрохимические зоны, последовательно сменяющие одна другую: 1) гидрокарбонатная кальциевая зона пресных вод с минерализацией до 1г/л; 2) сульфатная кальциевая или кальциево-натриевая и сульфатно-хлоридная натриевая зона солоноватых вод с минерализацией 1-10 г/л; 3) хлоридная натриевая зона соленых вод с минерализацией 10-50 г/л; 4) хлоридная кальциево-натриевая зона с минерализацией более 50 г/л.

Для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения используются подземные воды первой и частично второй из выделенных гидрохимических зон. Первая зона распространения пресных гидрокарбонатных и сульфатно-гидрокарбонатных кальциевых, магниево-кальциевых вод с минерализацией до 1 г/л и общей жестокостью до 7 (реже до 10 мг-экв/л) развиты до глубины от 50 м до 150-200 м. Максимальная зона пресных вод наблюдается в центральной части области, где развиты хорошо проницаемые каменноугольные породы, залегающие непосредственно под четвертичным покровом.

Из элементов — загрязнителей подземных вод, такие обобщенные показатели, как общая минерализация, общая жесткость и окисляемость, а также присутствие в воде повышенного содержания (относительно ПДК) общего железа, фтора, марганца и аммиака, чаще являются природными факторами, не зависящими от техногенного воздействия на территорию.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения используются, как правило, пресные подземные воды с общей минерализацией (сухим остатком) не более 1 г/л и общей жесткостью до 7 мг-экв/л, реже от 7 до 10 мг-экв/л и только в исключительных случаях с общей жесткостью более 10 мг-экв/л и минерализацией (сухим остатком) более 1г/л. Железо в подземных водах содержится в количестве от 0,3-1,0 до 3,0 и более мг/л преимущественно в двухвалентной форме, поэтому использование таких вод для централизованного водоснабжения допускается без предварительного обезжелезивания только при содержании общего железа до 1 мг/л. Из микроэлементов — загрязнителей 1-Ш класса опасности по классификации Минздрава России в подземных водах, превышающих ПДК, иногда отмечаются кадмий, сурьма, барий, марганец. На всех разведанных месторождениях питьевых подземных вод качество по основным показателям соответствует нормам СанПиН 2.1.4.559-96, за исключением повышенного содержания железа, отмеченное практически повсеместно.

С погружением каменноугольных пород под толщу пермских и триасовых отложений, на востоке и северо-востоке области, содержащиеся в них подземные воды становятся непригодными для хозяйственно-питьевого водоснабжения из-за высокой общей минерализации и жесткости. Здесь для водоснабжения используются подземные воды юрско-меловых и четвертичных отложений, водообильность которых не всегда достаточна для организации крупного централизованного водоснабжения. По этой причине водоснабжение городов Кашин и Кимры, пос. Сандово базируется на использовании поверхностных вод.

Обсуждение доклада Н.Н. Гладкова

Н.П. Бакуров: Какое на сегодняшний день качество воды в Удомельских озерах вблизи КАЭС?

Ответ: Соответствует нормам и ведется постоянный контроль.

С.Н. Гамаюнов: Какое качество воды в г. Твери?

Ответ: В скважинах «Водоканала» в основном плохое, но в Тверецком и Медновском водозаборах вода хорошего качества. Проблемы с качеством воды зависят еще и от недостатка информации обо всех имеющихся скважинах и применения расчетных методов контроля.

Н.П. Бакуров: Как выполняется очистка воды от железа?

Ответ: По обычным технологиям, но специалистов для разработки этой проблемы явно не хватает.

В.И. Косов: Насколько израсходован Касимовский горизонт?

Ответ: Запасы Касимовского горизонта достаточны. На  нем работает Тверецкий водозабор. Но в этом водоносном горизонте отмечено значительное загрязнение, что и ограничивает водозабор из него. Хотя это загрязнение распространено локально.

В.И. Косов: Кто является основным загрязнителем этого горизонта города Москва или Тверь?

Ответ: Это сложная проблема. Загрязнение имеет локальное распространение. Например, в 10 км от г. Твери вода этого горизонта чистая, а в г. Твери загрязнена. Кроме того, трудно отличить естественные и искусственные причины превышения концентраций некоторых элементов. Регулирование природным повышением концентраций отдельных элементов, например, фтора из Мячковского горизонта осуществляется смешиванием вод Касимовского и Мячковского горизонтов.

В.И. Косов: Есть ли различие в числе водопользователей из поверхностных вод и подземных горизонтов?

Ответ: Около 200 водопользователей используют верхние воды и приповерхностные горизонты, а подземными водами пользуются около 1300, но последние используют воды значительно больше и особенно хозяйственные службы.

В.В. Панов: Существует ли опасность просадок на территории города Твери при развитии депрессионной воронки вокруг Тверецкого водозабора?

Ответ: Нет. Добыча подземной воды почти компенсируется питанием используемых водоносных горизонтов, прежде всего, за счет подземных вод и только на 6 % за счет воды реки Тверцы.

В.И. Косов: Нами разработаны модели распространения загрязнения из реки Тверцы в депрессионную воронку Тверецкого водозабора, проводятся ли такие работы в вашей службе?

Ответ: Нет. Но было бы желательно иметь такие модели и работы для оценки перспективы экологического состояния этого водозабора.

О.А. Тихомиров: Как организована система мониторинга воды.

Ответ: Она состоит из трех подсистем: мониторинг по подземным водам, поверхностным водоемам и экзогенным процессам, влияющим на качество вод. Последние два направления мониторинга развиты пока слабо. Мониторинг подземных вод осуществляется по 150 скважинам, расположенным преимущественно в южной части Тверской области. Исследуются уровненный режим, гидрохимический состав и температура воды. Кроме того, проводится контроль за состоянием самих скважин. В результате полученные данные включаются в централизованную базу данных по состоянию водозаборов на основе программы "Центролинк". Наблюдения проводятся раз в полгода по отдельным скважинам, а на Тверецком и Медновском водозаборах контроль осуществляется постоянно собственными службами водозаборов.

А.С. Тарантов: Почему существует разница в качестве воды из отдельных скважин Водоканала?

Ответ: Причина в природном разнообразии локальных водообменов в границах каждого водоносного горизонта.

А.С. Тарантов: Встречающееся иногда повышенное содержание углеводородов в воде не является ли признаком наличия месторождений нефти?

Ответ: Таких работ нами не проводилось.