Состояние подземных вод в районах интенсивной их добычи для водоснабжения населения

По данным ГМСН Роснедра в районах разработки крупных месторождений подземных вод, добычи на групповых водозаборах, а также водозаборов, сооруженных на участках с неоцененными запасами, продолжается формирование крупных региональных депрессионных областей и воронок подземных вод, площади и снижение уровня которых достигают значительных размеров. В 2012 г., как и в прошлые годы, изменение размеров воронок и понижений уровня в них определялось суммарной величиной добычи подземных вод.

В 2012 г. региональные изменения гидродинамического состояния подземных вод в районах их наиболее интенсивной эксплуатации, отмечались в пределах: Ленинградского (г. Санкт-Петербург и Ленинградская область); Московского (г.Москва, Московская, Тверская, Владимирская, Орловская и Брянская области); Днепрово-Донецкого (Белгородская, Курская, Орловская и Брянская области); Азово-Кубанского (Краснодарский край); Восточно-Предкавказского (республики Дагестан и Калмыкия, Ставропольский край); Волго-Сурского (Республика Мордовия) артезианских бассейнов.

В Московском артезианском бассейне крупные воронки депрессии наблюдаются в Московской области в среднекаменноугольном подольско-мячковском и нижнекаменноугольном алексинско-протвинском водоносных горизонтах, с максимальным снижением уровня до 90 м и площадью около 39 тыс. км2. На фоне общих депрессионных воронок выделяются многочисленные депрессии пьезометрической поверхности, приуроченные к крупным действующим водозаборам. В Брянской области наблюдается депрессионная воронка с понижением уровня в верхнедевонских отложениях до 82 м. В Калужской области сохраняется депрессионная воронка площадью около 300 км2, с максимальным понижением уровня в нижнекаменноугольном водоносном горизонте до 55 м. В результате работы водозаборов гг. Курска, Железногорска и водопонизительной системы Михайловского ГОКа сохраняется региональная воронка депрессии в девонско-юрском водоносном комплексе. В Курском центре депрессии максимальное понижение уровня составило 90 м.

В Приволжско-Хоперском артезианском бассейне наблюдается депрессионная воронка в верхнедевонском (фаменском) водоносном горизонте на территории Тамбовской области, площадью 1250 км2, с понижением уровня в центре воронки до 43 м.

В пределах Азово-Кубанского артезианского бассейна сохраняется крупная Кропоткинско-Краснодарская депрессионная область, сформировавшаяся в четвертичном и неогеновом водоносных комплексах общей площадью около 15,6 тыс. км2. В 2012 г. на некоторых участках отмечено истощение запасов подземных вод. Максимальное снижение уровня неоген-четвертичного водоносного комплекса составило 83 м на Троицком МПВ, при допустимом понижении – 60 м.

В пределах Восточно-Предкавказского артезианского бассейна выделяется Северо-Дагестанская депрессионная воронка регионального масштаба, сформировавшаяся в неоген-четвертичном водоносном комплексе, площадь около 12 тыс. км2. В 2012 г. понижение уровней подземных вод в границах депрессии практически не изменилось и составило 17 м.

На территории Ленинградского артезианского бассейна в нижнекембрийском (ломоносовском) и вендском (гдовском) водоносных горизонтах сохраняются региональные депрессионные воронки площадью 6 тыс. и 20 тыс. км2, с максимальными понижениями 41 и 61 м, соответственно.

В Волго-Сурском артезианском бассейне в 2012 г. площадь Саранской депрессионной воронки, сформировавшейся в пермско-каменноугольном водоносном комплексе составила 963 км2, а понижение уровня в ее центре достигло 72 м.

В целом, можно отметить, что в 2012 г., как и в предыдущие годы, темп снижения уровня депрессионных воронок по большинству водозаборов продолжает замедляться в результате уменьшения водоотбора. Существенного изменения границ депрессий в отчетном году не происходило. Понижение уровней подземных вод в границах депрессионных воронок регионального масштаба изменяется в результате перераспределения водоотбора. В некоторых районах, в связи с уменьшением водоотбора, в течение последних лет отмечается подъем и стабилизация уровней подземных вод.

На централизованных групповых водозаборах, обеспечивающих водоснабжение областных центров и крупных городов, данные наблюдений показывают, что при существующем режиме эксплуатации положение уровней находится в допустимых пределах. Тем не менее, в условиях интенсивного водоотбора с несоблюдением режима эксплуатации подземных вод на отдельных водозаборах отмечаются признаки их истощения (Московская, Калужская, Тульская, Кемеровская области, Республика Алтай, Краснодарский край).

В условиях взаимосвязи поверхностных и подземных вод отбор последних может приводить к сокращению речного стока. Сокращение речного стока при эксплуатации водозаборов подземных вод происходит в результате уменьшения или прекращения (перехвата) естественного подземного притока разгружающегося в реку, а также усиления или возникновения фильтрации непосредственно речных вод из ее русла в зоне депрессионной воронки. В практике гидрогеологических и водохозяйственных расчетов эти составляющие обычно определяют в совокупности.

Как показывает опыт, в наибольшей степени влияние отбора подземных вод сказывается на стоке малых рек. В ряде случаев, когда дебит водозабора сопоставим или превышает расход воды в реке, а сброс использованных вод осуществляется за пределами зоны влияния, возможно полное прекращение речного стока. Сток рек при отборе подземных вод может оставаться без изменений, если величина отбора компенсируется уменьшением потерь на испарение, за счет снижения уровня подземных вод. В условиях отсутствия взаимосвязи поверхностных и подземных вод при эксплуатации подземных вод возможно увеличение речного стока за счет сброса в реки сточных вод сформировавшихся, после использования подземных вод не связанных с поверхностными водами.

Учет и прогнозирование изменения направленности, степени и интенсивности взаимосвязи поверхностных и подземных вод является определяющим факторов при решении водохозяйственных задач связанных с охраной и использованием водных ресурсов, важнейшими из них являются:

  1. оценка располагаемых водных ресурсов (поверхностных и подземных) при планировании их использования;
  2. составление отчетных и перспективных водохозяйственных балансов при разработке СКИОВО;
  3. оценка запасов подземных вод с учетом влияния отбора на речной сток для обеспечения экономических, санитарных и экологических попусков;
  4. гидрогеологическое обоснование систем совместного или комбинированного использования поверхностных и подземных вод с целью получения оптимального количества воды нужного качества с учетом экономической эффективности и сохранения окружающей среды;
  5. оценка влияния отбора подземных вод на речной сток с целью определения достаточности стока в реке для обеспечения санитарных и экологических расходов при разработке водоохранных мероприятий по сохранению и восстановлению рек.

Состояние подземных вод в районах разработки месторождений твердых полезных ископаемых

На территории Российской Федерации разрабатывается большое количество месторождений твердых полезных ископаемых, отработка которых ведется с организацией мощных систем водопонижения, и водоотливом, оказывающим воздействие на геологическую среду, и особенно на подземные и поверхностные воды.

В районах разработки твердых полезных ископаемых наблюдается различный характер влияния извлечения подземных и шахтных вод на дальнейшее понижение уровня. На законсервированных и ликвидированных шахтах происходит восстановление уровня с выходом на поверхность высокоминерализованных подземных вод. Скорости подъема достигали 8-12 м/год. Такие условия были выявлены в железорудных провинциях КМА, а также в Донецком, Кузнецком, Кизеловском, Челябинском, Иркутском, Печорском и других угольных бассейнах. Важным для этих регионов являются оценка и прогноз качества подземных вод, включая специфические компоненты.

На территории угольных бассейнов и в районах разработки месторождений металлических полезных ископаемых России сложная гидрогеологическая и гидрогеохимическая обстановка связана с интенсивным дренажом и водоотливом на действующих шахтах и карьерах, приводящих к значительным понижениям уровней и развитию депрессионных воронок.

В пределах разработки угольных месторождений Воркутинского промышленного района (Воркутское, Воргашорское и Юньягинское Республики Коми), в результате длительного шахтного водоотлива сформировалась Кайташорская депрессионная воронка площадью около 600 км2, с, понижением уровня до 50 м.

В Кузнецком угольном бассейне в пределах Кемеровской области на объектах разработки месторождений твердых полезных ископаемых открытым способом отмечается сработка ресурсов подземных вод, особенно негативно процесс осушения сказывается на верхней гидродинамической зоне, являющейся основным источником водоснабжения. Осушение горных пород при отработке месторождений открытым способом происходит до глубины 100-120 м, при подземной отработке – до 400-500 м. По ориентировочным расчетам в пределах Кузнецкого бассейна сдренированными являются 2,7 тыс. км2 площади (8,8%).

В Белгородской области в районах работы Лебединского и Стойленского горно-обогатительных комбинатов, шахты им. Губкина и Яковлевского рудника максимальные понижения уровней архейско-протерозойского водоносного комплекса составляют 200-250 м на карьерах и шахтах в гг. Губкин и Старый Оскол, и 568 м на Яковлевском руднике (в пределах горных выработок). Непосредственно в пределах карьеров, архей-протерозойский водоносный комплекс осушен полностью на всю глубину карьера.

В г. Сланцах Ленинградской области (шахта им. Кирова ОАО «Ленинградсланец») в результате интенсивного и длительного водоотлива подземных вод из ордовикского водоносного комплекса при добыче горючих сланцев образовалась депрессия, распространяющаяся по экспертной оценке на северо-восточную часть Эстонии. К настоящему времени уровни ордовикского водоносного комплекса снижены практически до кровли отрабатываемого промышленного пласта сланцев. В настоящее время глубина депрессии в кембро-ордовикском водоносном комплексе составляет 75 м.

На территории Свердловской области в пределах Североуральского бокситового рудника (СУБР) сформировавшаяся в процессе многолетнего водоотлива депрессионная воронка в рифейско-нижнедевонских и рифейско-нижнекаменноугольных водоносных комплексах занимает площадь около 350 км2, с максимальной глубиной депрессионной поверхности в центральной части разрабатываемых месторождений около 700 м.

Техногенное воздействие на геологическую среду (разработка месторождений твёрдых полезных ископаемых, шахтный и карьерный водоотлив, инфраструктура объектов и т.д.) приводит к формированию депрессионных воронок, переориентации потока подземных вод, осушению водоносных горизонтов, образованию провалов и проседаний земной поверхности, а также к подтоплению застроенных территорий.

При отработке и ликвидации нерентабельных и отработанных горно-рудных объектов происходит восстановление уровней, смешение вод различных водоносных горизонтов и загрязнение подземных вод, а также выход шахтных вод на поверхность земли, изменение подземного стока, подтопление территории и др.

В связи с сокращением угледобычи и затоплением шахт происходит уменьшение шахтного водоотлива, наблюдается восстановление уровней подземных вод в пределах шахтных полей. Такая ситуация наблюдается на шахтах Восточного Донбасса, в пределах Подмосковного, Печорского, Кизеловского, Черновского, Кузнецкого и Минусинского угольных бассейнов.

В районах ликвидации и затопления шахт Кизеловского угольного бассейна (Пермский край) процесс восстановления уровня подземных вод в угленосных отложениях Главной Кизеловской антиклинали и Коспашско-Полуденной синклинали завершен. Затопление техногенного горизонта Коспашско-Полуденной синклинали завершилось с выходом шахтных вод на земную поверхность в виде родников. На шахтном поле шахты «Нагорная», где процесс восстановления сработанного уровня подземных вод до сих пор не стабилизировался, прослеживается увеличение высоты подъема подземных вод с каждым последующим годом наблюдения.

Изменение гидрогеологических и гидродинамических условий происходящее на территории затопления шахт, приводит к изменению гидрохимической обстановки, а также к интенсивному загрязнению подземных и поверхностных вод.

Существенным недостатком процесса ликвидации шахт является отсутствие наблюдений за уровенным режимом подземных вод на протяжении всего цикла затопления не только в выработках шахт, но и на прилегающих территориях. Такие наблюдения в первую очередь следует организовать на сложных, с позиций последствий, участках.

В ряде районов, депрессионные воронки, сформированные в пределах шахтных полей, осложнены работой водозаборов хозяйственно-питьевого назначения. Наиболее крупные по площади депрессионные воронки наблюдаются в Печорском угольном бассейне (Республика Коми) площадью около 600 км2, в пределах КМА – до 250 км2, в пределах Ерковецкого угольного разреза в Амурской области – 110 км2, а также в Иркутском угольном бассейне и в пределах Подмосковного буроугольного бассейна в Тульской области.

В районах разработки крупных рудных месторождений также отмечается снижение уровней подземных вод под воздействием дренажа и водоотлива. Наблюдается загрязнение верхних водоносных горизонтов химическими веществами, отходами добычи и обогащения черных металлов, утечками из хвостохранилищ, карьерными минерализованными водами. Повышаются концентрации в подземных водах азотистых соединений, железа, марганца, нефтепродуктов, ХПК, БПК. Очень высок уровень загрязнения в подземных водах Пермского края, Челябинской, Иркутской и Читинской областей.

Для снижения негативного воздействия добычи твёрдых полезных ископаемых необходима своевременная рекультивация отработанных участков и отвалов, соблюдение технологии взрывных работ, ведение объектного мониторинга состояния недр, в том числе контроль за качеством сбрасываемых в гидрографическую сеть дренажных вод и распространением депрессионных воронок при водоотливе.