ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК КОМПОНЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Сверхэксплуатация подземных вод

В связи с возрастающим использованием подземных вод и интенсификацией их отбора все острее становится вопрос о допустимых пределах откачки подземных вод из водоносного горизонта, чтобы не допустить его истощения. Отсюда возника­ет необходимость определить, что следует понимать под "исто­щением" подземных вод. Прежде всего нужно отметить оши­бочность представления о том, что любое снижение уровня под­земных вод при их отборе свидетельствует об их истощении. Вообще без понижения уровня (напора) практически невозможна эксплуатация подземных вод. Другой вопрос - до какого преде­ла может быть понижен уровень подземных вод при эксплуата­ции, чтобы не допустить необратимых изменений в ресурсах и качестве подземных вод.

Для обоснования возможностей и перспектив отбора под­земных вод в целях водоснабжения в России и в странах бывше­го Советского Союза введено и прочно вошло в практику гидро­геологических поисково-разведочных работ понятие об эксплу­атационных ресурсах подземных вод. Как указывалось выше, под эксплуатационными ресурсами понимается то количество под­земных вод, которое может отбираться в течение расчетного пе­риода (обычно 25 лет) рациональными в технико-экономиче­ском отношении водозаборными сооружениями без прогресси­рующего снижения уровня и ухудшения качества воды, а также с учетом требований природоохранных мероприятий. Последнее относится, прежде всего, к необходимости сохранения природ­ных ландшафтов (реки, почвы, растительность и др.) с тем, что­бы не допустить или минимизировать отрицательное воздей­ствие водоотбора на окружающую среду. Оценка эксплуатаци­онных ресурсов производится на основании специальных поисково-разведочных и опытно-фильтрационных работ. Резуль­таты оценки рассматриваются и опробируются территориаль­ными или государственными комиссиями по запасам полез­ных ископаемых. Только после этого разрешается строительство водозаборных сооружений и эксплуатация подземных вод для водоснабжения или орошения. Считается, что истощение во­доносного горизонта происходит только в том случае, если величина водоотбора превышает утвержденную величину экс­плуатационных запасов или снижение уровня в результате экс­плуатации превышает предельно допустимую величину пони­жения.

Понятие об "эксплуатационных запасах" подземных вод, по нашему мнению, имеет недостатки, заложенные прежде всего в самом определении. Что такое "рациональные в технико-эконо­мическом отношении водозаборные сооружения?" Наверное то, что мы считаем "нерациональным" сегодня, например откачки с больших глубин, может завтра оказаться рациональным при совершенствовании бурового и насосного оборудования. Поэто­му величина эксплуатационных ресурсов, как показатель воз­можности отбора определенного количества подземных вод бу­дет меняться со временем, что не очень удобно при определе­нии перспектив использования подземных вод. Кроме того, в ряде случаев, особенно при оценке возможности отбора под­земных вод для водоснабжения конкретного потребителя, эксп­луатационные запасы оцениваются только для удовлетворения заданной конкретной потребности в воде и таким образом не характеризуют общую потенциальную возможность данного во­доносного горизонта или его части. Однако понятие об эксплу­атационных ресурсах подземных вод, даже при высказанном замечании, является весьма важным и полезным в практиче­ском отношении.

Близким по смыслу является понятие "сбалансированного отбора" подземных вод, введенного Геологической службой Гавай, где горизонты пресных подземных вод подстилаются и контактируют с морскими водами и где, поэтому, особенно важ­но определить сколько пресной подземной воды можно откачи­вать без истощения водоносного горизонта и, главное, без ухуд­шения качества откачиваемой воды (Susfainelle, 1994). При этом под "сбалансированным" отбором подземных вод понимается усредненный объем отбираемой воды, не наносящий ущерба ре­сурсам подземных вод в водоносном горизонте и не ухудшаю­щий качества вод или дебита водопунктов (водоисточников). Этот термин используется применительно к отбору воды сква­жинами, колодцами, инфильтрационными галереями и другими водозаборными сооружениями. Для каждого водоносного гори­зонта сбалансированный отбор определяется путем установле­ния равновесных и временных соотношений между питанием, естественной разгрузкой, объемом воды в породе и отбором. Сбалансированный объем в количественном отношении всегда меньше, чем величина питания. Применительно к Гавайям вве­дение понятия "сбалансированный отбор" стало руководящим принципом для выдачи разрешения на фактические работы по отбору подземных вод для различных хозяйственных нужд. При нарушении основных принципов сбалансированного отбора на Гавайях немедленно возникает подток соленых вод к водозабо­рам, что влечет за собой резкое ухудшение качества отбираемых пресных вод. В некоторых случаях при отсутствии прямой свя­зи водоносного горизонта с водами моря может произойти пол­ная сработка ресурсов подземных вод.

В последние годы в ряде стран, в первую очередь европей­ских с напряженным водным балансом, поднимается вопрос о "сверхэксплуатации" подземных вод.

Понятие об сверхэксплуатации подземных вод было введено в 70-х годах нашего столетия известным французским гидроге­ологом Ж. Марга. При этом Ж. Марга под сверхэксплуатацией понимал отбор подземных вод в количествах, превышающих их питание. Однако позднее сам Ж. Марга (1982) отмечает, что понятие "сверхэксплуатации" водоносного горизонта является противоречивым и даже двусмысленным, так как иногда оно применяется к гидравлической концепции несбалансированной эксплуатации, приводящей к истощению ресурсов подземных вод (отбор превышает их восполнение), а иногда к многоаспек­тному представлению об избыточной эксплуатации с нежела­тельными последствиями. Не обязательно любую откачку, пре­вышающую восполнение, следует рассматривать как сверхэксп­луатацию и запрещать. Известны многочисленные примеры (об этом подробнее будет сказано ниже), когда в условиях времен­ного дефицита водных ресурсов в рамках существующей систе­мы их управления сознательно планируется отбор подземных вод, превышающий их восполнение. И наоборот, эксплуатация при динамическом равновесии не обязательно свободна от не­желательных последствий. Е. Кустодио (1982) правильно под­черкивает, что определение сверхэксплуатации путем сравнения откачки и питания не всегда просто, а иногда и неосуществимо из-за неопределенности расчетов питания, связанной, в частно­сти, с недостаточностью учета времени трансформации инфиль - трующихся атмосферных осадков в естественные ресурсы эксп­луатируемого водоносного горизонта, а также со сложностью учета изменений в питании подземных вод, вызванных хозяй­ственной деятельностью человека (включая искусственное вос­полнение подземных вод).

В связи с этим, целесообразно определить, что следует понимать под истощением подземных вод. Российские специа­листы (J1.C. Язвин, Б. В. Боревский, Н. И. Плотников и др.) раз­личают два понятия: "истощение подземных вод" и "истощение эксплуатационных запасов подземных вод". Истощение под­земных вод происходит всегда, когда водоотбор превышает их питание и происходит сработка их емкостных (гравитационных и упругих) запасов. Истощение эксплуатационных запасов на водозаборах происходит тогда, когда темпы снижения уров­ня подземных вод при эксплуатации превышают предельно допустимые темпы, установленные при оценке эксплуатацион­ных запасов. Принципиальным в различии этих понятий яв­ляется то, что при истощении эксплуатационных запасов обя­зательно проведение мероприятий по борьбе с их истощением (ограничение отбора подземных вод, их искусственное воспол­нение), а при истощении подземных вод проведение таких мероприятий необязательно и требуется только в отдельных случаях. Более того, в определенных социальных и экономиче­ских условиях при крайней необходимости истощение подзем­ных вод может планироваться по аналогии со сработкой любых других не восполняемых полезных ископаемых (Язвин, Зекцер, 1996 ).

Охрана подземных вод от истощения их запасов включает: регулирование величины водоотбора в соответствии с установ­ленными запасами подземных вод; искусственное восполнение запасов на действующих водозаборах, в том числе создание под­земных водохранилищ; защиту подземных вод при разработке месторождений твердых полезных ископаемых, в том числе - использование подземных вод, извлекаемых при водоотливе для орошения земель, технического и хозяйственно-питьевого во­доснабжения, упорядочение учета отбора подземных вод.

Имеющийся опыт крупного отбора подземных вод свидетель­ствует, что превышение отбора над питанием подземных вод, особенно если это превышение наблюдается сравнительно ко­роткие периоды времени, не является чем-то необычным и не вызывает серьезных беспокойств. Так, проведенные специаль­ные исследования (Лопес Камачо и др., 1991) показали, что на Испанском полуострове и Балеарских островах из 369 бассей­нов подземных вод 92 считаются сверхэксплуатируемыми, где откачка превышает восполнение. Это превышение на площади 23000 км2 составляет 650 млн. м3/год или 13% от общей вели­чины откачиваемой воды. Эта ситуация считается допустимой и контролируемой. В настоящее время принято несколько времен­ных деклараций о сверхэксплуатации, в новом испанском зако­не о воде дается понятие о сверхэксплуатации. Организован мо­ниторинг подземных вод. При этом особое внимание уделяется ситуации на Балеарских и Канарских островах, где сверхэксплу­атация представляет угрозу для подтягивания соленых морских вод к водозаборам.

Можно привести множество примеров сверхэксплуатации, когда уровень подземных вод значительно снижен в результате отбора подземных вод. Так, водоносный горизонт Огаллала (Ogallala) на юге США, распространенный на площади около 135000 км2, уже в течение более 60 лет сверхэксплуатируется. При этом уровни подземных вод на 20% территории снижены на 20-30 м, а отбор подземных вод превышает их восполнение в 10-15 раз. Использование подземных вод в этом районе на орошение приносит большие доходы. В настоящее время при­нимаются меры к некоторому сокращению отбора подземных вод.

В Калифорнии из 392 бассейнов подземных вод 42 считается сверхэксплуатируемыми. И хотя это обстоятельство не вызыва­ет особого беспокойства американских специалистов, откачка подземных вод здесь сокращена с 5000 до 2500 млн. м3/год.

Ярким примером значительного снижения уровней подзем­ных вод, вызванного "сверхэксплуатацией" в течение десятков лет, является Московский артезианский бассейн.

В заключение настоящего раздела следует отметить, что хотя проблема "сверхэксплуатации" подземных вод и не вызывает особых опасений с точки зрения истощения запасов подземных вод (во всяком случае, если под "сверхэксплуатацией" понимать превышение отбора над питанием подземных вод), тем не ме­нее ей уделяется большое внимание прежде всего при оценке влияния значительного снижения уровней подземных вод на различные компоненты окружающей среды. Более подробно эти вопросы будут рассмотрены в специальной главе настоящей монографии. Здесь же отметим, что проблема сверхэксплуата­ции подземных вод подробно обсуждалась на конкретных фак­тических примерах на 23 Международном конгрессе Междуна­родной ассоциации гидрогеологов (Испания, апрель 1991), из­бранные доклады которого опубликованы ("Selected papers", 1992).