Оптимизация размеров зоны санитарной охраны по результатам специализированных инженерных изысканий при проектировании
- Автор: Нахапетян А.К.
В настоящей статье рассматривается необходимость проведения специализированных инженерных гидрогеологических изысканий при проектировании Зон санитарной охраны, в пределах расчетных поясов ЗСО. Приводится пример, иллюстрирующий возможность сокращения размеров ЗСО с учетом анализа плановых данных, обосновывающих защищенность подземных вод питьевого водозабора.
Ключевые слова: зона санитарной охраны, водозабор подземных вод, инженерные изыскания, защищенность подземных вод, питьевая вода
Геологический разрез и гидрогеологические параметры целевого водоносного таксона и перекрывающих его отложений играют определяющую роль при определении размеров поясов Зоны Санитарной Охраны для подземных водозабора. Наличие разного рода слабопроницаемых отложений: в том числе глинистых, почвенного слоя и донных отложений обеспечивает некоторую защищенность подземных вод от загрязнения. В том числе существенное влияние оказывают многочисленные виды процессов, происходящих с водами при их фильтрации с поверхности до водоносных горизонтов, в том числе сорбционные процессы, биодеградация, взаимодействие «Вода-Порода», и т.д. [1]
Изучение защитной функции перекрывающих целевой водоносный таксон отложений является базовой задачей при проведении достоверных расчетов поясов ЗСО, и в конечном итоге, при достаточном обосновании, позволяет значительно сократить возникающие при установлении границ ЗСО излишние потенциальные убытки и расходы, в том числе связанные с потерей инвестиционной привлекательности окружающих водозабор земель (из-за вновь накладываемых ограничений) и разработки дорогостоящих мероприятий по объектам, попадающим в пределы зон ограничений, обеспечивающим минимизацию и без того практически крайне маловероятного влияния на водозабор подземных вод.
Во все еще актуальном на сегодняшний день и единственном нормативе – СанПиН 2.1.4.1110-02 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения» [2] факторы защищенности подземных вод учитываются напрямую только при определении границ первого пояса ЗСО. Для незащищенных подземных вод радиус Зоны строгой охраны принимается равным 50м, а для защищенных - 30м, но с оговоркой, предусматривающей возможность его сокращения, но не менее чем до 15м.
Кроме того, размеры I пояса для защищенных вод могут быть сокращены только при условии распространении водоупорного перекрытия на всю площадь ЗСО до области питания подземных вод.
Второй и третий пояса ЗСО являются расчетными и определяются исходя из принципа исключения возможности поступления контаменанта с поверхности земли до скважин водозабора за 200-400 суток для бактериального загрязнения и срока работы водозабора (обычно 25 лет) для химического загрязнения.
Часто, Проекты ЗСО составляются проектировщиками водозаборных сооружений в целом, без привлечения специалистов гидрогеологов. В таком случае, для расчета размеров ЗСО в лучшем случае используются упрощенные решения приведенные в Рекомендациях ВНИИ «Водгео» [3] вообще не учитывающие защищенность подземных вод. Такой подход, приводящий к существенному завышению размеров расчетных поясов, учитывая современное земельное законодательство, является недопустимым. Так например, площадь земли, которую недропользователь обязан выкупить для ограждения зоны строгой охраны для одного и того-же одиночного водозабора, в случае отсутствия обоснования «защищенности» составит 1 га, а в случае подтверждения « защищенности» – 0,36 га, при дополнительном гидрогеологическом обосновании может быть сокращена вплоть до 0,09 га.
Однако при выполнении геологоразведочных работ, будучи ограниченными сравнительно небольшими размерами геологического, а при разведочных работах – вообще только горного отводов, мы получаем достаточно обрывочные сведения о геологическом строении перекрывающих целевой водоносный горизонт слабопроницаемых отложениях непосредственно в точках размещения скважин, а также сведения об их плановой однородности только в случае проведения масштабных наземных геофизических исследований. Непосредственно определений фильтрационных параметров слабопроницаемых отложений не выполняется, так как это на прямую не отвечает целям проведения геологоразведочных работ.
При выполнении непосредственно инженерных изысканий выполняется бурение ряда инженерно-геологических скважин глубиной до 15-20-ти метров, приуроченных к зданиям и сооружениям в пределах горного отвода (первого пояса строгой охраны ЗСО). Данные, получаемые при бурении инженерно-геологических скважин, нацелены на определение прочностных характеристик вскрываемых пород, а их локальное расположение не позволяет в полной мере судить об их однородности в пределах расчетных поясов ЗСО.
Как следствие, Проекты ЗСО в настоящее время составляются на основе преимущественно качественной оценки защищенности подземных вод, которая, зачастую недостаточно обоснованно, экстраполируется на всю территорию зоны.
На сегодняшний день единственным разделом проектной документации для разработки которого не проводится специализированных инженерных изысканий является Проект зоны санитарной охраны водозабора. Данных, получаемых при выполнении других видов инженерных изысканий, а также данных, получаемых при выполнении геологоразведочных работ по подземным водам как на поисковой, так и на разведочной стадии для составления достоверного Проекта зачастую недостаточно.
В том числе это связано с тем, что инженерные изыскания проводятся непосредственно на площадке водозабора и по трассе водовода, площадь которых существенно меньше площади ЗСО.
Отсутствие специализированных исследований [4], в пределах расчетных поясов ЗСО приводит зачастую к существенным завышениям размеров зоны санитарной охраны водозабора, и, в свете вышесказанного, необходимость их проведения становится очевидной.
Основными целями проведения таких специализированных изысканий должны стать:
- достоверное обоснование защищенности подземных вод в пределах всей области области ЗСО;
- обоснованность проектируемых мероприятий в пределах всех трех поясов, исключающих возможность поступления загрязнения непосредственно в водозабор подземных вод, проектирующийся для питьевого водоснабжения.
Особенно остро данный вопрос стоит в пределах крупных городов и сильно урбанизированных территорий, где принципиально стоит вопрос землеотвода, и как следствие, отсутствие специализированных исследований приводит невозможности обоснования ЗСО водозаборов подземных вод или экономической нецелесообразности их размещения.
Дополнительно следует отметить, что современный, общепринятый подход к проектированию ЗСО предполагает расчет границ от скважин как для «вновь» вводимых водозаборов, с учетом влияния только перспективы добычи подземных вод и пренебрегая изучением сложившейся в результате эксплуатации водозабора обстановкой Данный подход распространяется на водозаборы, срок работы которых достигает половины столетия и более. В таких условиях, фронт загрязнения, источник которого располагается за пределами вновь рассчитанных поясов, может находится на подступах к водозабору. Этот факт свидетельствует о необходимости изучения в рамках специальных инженерных изысканий не только защитных функций отложений перекрывающих целевые водоносные таксоны, но и изучения состояния водоносных таксонов в пределах границ вновь определяемых ЗСО для уже действующих водозаборов.
В качестве иллюстрации подхода по уточнению размеров ЗСО в результате обоснованного учета защищенности подземных вод, полученного в результате анализа дополнительных данных, аналогичных тем, получение которых является целью проведения специализированных изысканий, рассмотрим следующий пример:
В настоящее время, в Амурской области на достаточно ограниченной территории проектируется размещение целого промышленного кластера. Имеющихся сведений о строении глинистых отложений в кровле песков, полученных из различных архивных источников недостаточно для надежного обоснования естественной защищенности подземных вод. Проведение полномасштабных изысканий по всей территории кластера не предусмотрено, исследования приурочены к расположению локальных объектов. Геолого-гидрогеологический разрез участка водозабора с детализацией перекрывающих целевой водоносный горизонт пород показан на рисунке 1. Расчетные пояса ЗСО ряда локальных водозаборов накладывают значительные ограничения на проектирование и размещение других объектов кластера, в том числе основных промышленных, что, при классическом подходе к обоснованию ЗСО без учета защищенности подземных вод, вынуждает либо искать источники водоснабжения за пределами кластера, либо отодвигать проектируемые объекты от водозаборов, существенно увеличивая потенциальные расходы. Так на примере одного из локальных приобъектовых водозаборов (в пределах территории кластера) при первичном проектировании в расчетах ЗСО защищенность подземных вод не учитывалась. Утвержденные предшественниками размеры второго пояса составили 150 метров против потока, 110м по потоку и 130м поперек потока подземных вод. Размеры третьего пояса – 1852м, 295м и 705м против, по и поперек потока соответственно и рассчитывались путем использования типового аналитического решения с учетом величины уклона потока подземных вод.
В дальнейшем существенно возросла величина заявленной потребности в питьевой воде для объекта, что привело к необходимости переоценки запасов подземных вод.
При переоценке запасов подземных вод использовался метод математического моделирования, который позволил дополнительно учесть взаимодействие с крупными дренами – реками в пределах исследуемой территории, а также взаимовлияние с многочисленными вновь выявленными для водоснабжения других объектов кластера участками месторождений подземных вод. В результате моделирования, под техногенной нагрузкой, существенно изменилось направление потока подземных вод с юго-востока на юго-запад. Размеры ЗСО второго пояса составили 160-210м, а третьего 590-1600м.
При повторном проектировании ЗСО, основываясь на анализе вновь полученных данных по окружающим вновь разведанным водозаборам и другим объектам, взятых с некоторым инженерным запасом, удалось доказать выдержанность покровных глинистых отложений, обосновывающих естественную защищенность подземных вод. Полученное расчетное время, которое потребуется загрязнителю для фильтрации сквозь покровные глинистые отложения составит около 9000 суток, что позволило объединить расчетные границы второго пояса с границами первого, а третьего пояса обосновать в радиусе 300 метров от скважин водозабора, что как следствие значительно снизило затраты на размещение инфраструктуры кластера. Соотношение границ ЗСО с учетом (для полной величины заявленной потребности) и без учета защищенности подземных вод (для трети величины заявленной потребности) показано на рисунке 2.
Необходимо констатировать, что защитных свойств почвенного покрова, зоны аэрации и других слабопроницаемых пластов, перекрывающих эксплуатационный, может быть достаточно для объединения второго пояса ЗСО с первым и существенного сокращения размеров третьего пояса, а для получения таких данных необходимо проведение специализированных инженерных изысканий, включающих бурение 15-ти метровых скважин в пределах расчетных поясов.
Литература
- Шестаков В.М., Рошаль А.А., Пашковский И.С. Методика определения миграционных параметров в гетерогенных системах. «Вопросы гидрогеологии». М.: Изд-во МГУ, 1973. 83-97.
- СанПин. 2.1.4.1110-02 Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого водоснабжения.
- Рекомендации по гидрогеологическим расчетам для определения границ 2 и 3 поясов Зон санитарной охраны подземных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. М. ВНИИ ВОДГЕО, 1983.
- Материалы Пятнадцатой Общероссийской научно-практической конференции изыскательских организаций Стр. 619-624 Боревский Б.В., Нахапетян А.К. О необходимости проведения инженерных изысканий при проектировании зон санитарной охраны водозаборов подземных вод. М. Геомаркетинг, 2019.