АвтозаводскаяАльтернативные варианты водоснабжения Хабаровска
Автор: Николаев А.П. Статья опубликована в журнале
"Геология и разведка" № 3, 2006 г., стр. 39-44.
Официальный сайт редакции:
www.msgpa.edu.ru
Население Хабаровска по состоянию на 2005 г. составляет порядка 600 тыс. чел. и с учетом перспектив роста населения и развития инфраструктуры на 2010 г. заявлена потребность Хабаровска в хозяйственно-питьевой воде 415 000 м3/сут или 5,8 м3/с. Централизованное хозяйственно-питьевое водоснабжение Хабаровска в настоящее время осуществляется за счет водозаборов поверхностных вод из Амура и Амурской протоки. Большая часть водоподачи приходится на Центральный городской водозабор (ЦГВ), водозаборный ковш которого расположен ниже слияния Амура и Амурской протоки (рис. 1). Ковш ЦГВ - самое проблемное место в системе водоподачи: постоянно заносится илисто-песчаными наносами, в период ледовых явлений - шугой и льдом. В связи с расположением в непосредственной близости от судового хода, ковш водозабора в период навигации подвержен риску прямого воздействия судов и загрязнения судовыми сточными водами. Но главная проблема в том, что ковш водозабора находится в наиболее загрязненной части потока Амура - в сунгарийской струе, доходящей до ковша практически в неразбавленном виде, что следует из гидравлических особенностей Амура на этом участке.
Рис. 1. Схема размещения водохозяйственных объектов в Хабаровском водном узле: 1 - месторождения подземных вод: а - Островное, б - Тунгусское; 2 - центральный городской водозабор; 3 - дамба и ее номер; 4 - государственная граница с КНР: а - до 2005 г., б - после 2005 г.; 5 - населенные пункты; 6 - железная дорога.
Анализ космических снимков показал, что потоки воды, попадающие в Амур из его крупных притоков и отличающиеся химическим составом и температурой, движутся в русловой системе в виде отдельных струй и не перемешиваются на очень больших расстояниях. Таким образом, течение воды в Амуре имеет "макроламинарный" характер - крупноструйное течение слабо смешивающихся потоков в широких руслах, где любые загрязняющие вещества в растворенном виде движутся вдоль того же берега, с которого они поступили. Поэтому образующийся при размыве берегов взвешенный и влекомый материал переносится и откладывается в виде наносов на той же стороне от тальвега, на которой он образовался.
В главном русле Амура в центре Хабаровска распределение струй наиболее сложно. Здесь можно выделить по крайней мере три струи, отличающиеся химическим составом. Выше ковша ЦГВ сливаются сунгарийская струя, пришедшая по главному руслу Амура, и сунгарийская струя, попавшая в Амурскую протоку по протоке Казакевичева, несущая в дополнение к сунгарийской грязи все стоки китайских населенных пунктов от устья р. Сунгари до г. Фуюань включительно. Именно из этой грязной сунгарийской струи забирается вода центральным городским водозабором для снабжения жителей города Хабаровска.
О влиянии р. Сунгари на качество воды р. Амур на участке от устья Сунгари до г. Хабаровска говорят также и гидрохимические исследования [1]. Особенно остро эти проблемы проявились в связи с загрязнением Амура в результате химической аварии, случившейся в ноябре 2005 г. в китайском г. Цзилинь, расположенном на р. Сунгари.
Таким образом, существующая система водоснабжения города Хабаровска за счет амурской воды не является надежной и должна быть заменена. Район г. Хабаровска отличается обилием поверхностных и подземных вод, пригодных для питьевого водоснабжения практически без очистки. Существующего количества чистых природных вод достаточно для удовлетворения потребностей города с учетом перспектив роста населения и необходимой инфраструктуры.
Амур, являющийся по сегодняшний день основным источником водоснабжения г. Хабаровска, потерял привлекательность в связи с химической аварией на территории Китая в ноябре 2005 г. Однако с учетом достаточно долгих перспектив реализации любых альтернативных вариантов водоснабжения р. Амур будет еще долго оставаться основным источником городского водоснабжения. Поэтому первоочередная задача состоит в том, чтобы изменить качество воды, подаваемой ЦГВ. Это может быть достигнуто разными средствами - изменением местоположения точки забора воды из Амура или использованием химических средств очистки.
В непосредственной близости от Хабаровска есть также и другие источники чистых поверхностных вод - реки Тунгуска и Хор, которые до настоящего времени не рассматривались как потенциальные источники водоснабжения, но с учетом трансграничного аварийного загрязнения Амура в ноябре-декабре 2005 г. могут стать основными альтернативными источниками водоснабжения.
На переходный период наиболее быстрым и оптимальным, но временным решением является создание нового ковша ЦГВ на участке русла Амура, где в течение всего года преобладает уссурийская струя. Расстояние от правого берега до ковша при этом определяется шириной вдольберегового потока Амура, загрязняемого как регулярными неорганизованными городскими стоками Хабаровска, так и сбросами при авариях на городских канализационных насосных станциях. Стоимость работ по оборудованию нового ковша будет, скорее всего, намного меньше, чем внедрение новых технологий очистки воды на центральном городском водозаборе.
Еще одним эффективным, но временным вариантом будет увеличение водоотбора на существующих водозаборах поверхностных вод, расположенных в Амурской протоке. В этой протоке после перекрытия в декабре 2005 г. протоки Казакевичева будет преобладать уссурийская вода, которая намного лучше, чем амурская по всем показателям качества, что связано с тем, что в китайской части бассейна Уссури в основном развито сельское хозяйство, и формирующееся там загрязнение остается на территории Китая.
О перспективах Тунгусского МПВ
Вариант снабжения г. Хабаровска питьевой водой из Тунгусского месторождения подземных вод с утвержденными Государственной комиссией по запасам (ГКЗ) в 2000 г. эксплуатационными запасами 120 000 м3/сут (категории B) и 380 000 м3/сут (категории С) не является безупречной альтернативой существующей системе водоснабжения, т.к. имеет большие проблемы с качеством подземных вод эксплуатируемого горизонта. Эти подземные воды содержат значительное количество железа (до 24 мг/дм3 при норме 0,3 мг/дм3), марганца (до 1,46 мг/дм3 при норме 0,1 мг/дм3), бария (до 0,164 мг/дм3 при норме 0,1 мг/дм3), кадмия (до 0,0033 мг/дм3 при норме 0,001 мг/дм3), хрома (до 0,086 мг/дм3 при норме 0,05 мг/дм3), мышьяка As (до 0,0346 мг/дм3 при норме 0,01 мг/дм3). Содержание кремнекислоты также превышает ПДК и составляет в среднем 33 мг/дм3. Характерно повышенное количество свободной углекислоты до 200 мг/дм3. В подземных водах, заключенных в нижележащих относительно слабо проницаемых угленосных отложениях ушумунской свиты, наблюдается повышенное содержание растворенного метана.
Государственная комиссия по запасам отметила, что утверждаемые запасы Тунгусского месторождения соответствуют водохозяйственному, гидрологическому и гидрохимическому режимам р. Амур на момент расчета запасов и при изменении этих режимов должны быть переутверждены. С момента утверждения запасов Тунгусского месторождения подземных вод (2000 г.) произошли значительные изменения водохозяйственного режима Амура на рассматриваемом участке. В соответствии с Федеральным законом РФ от 31.05.2005 №52-ФЗ значительная часть Большого Уссурийского острова передана Китаю, в результате чего государственная граница переместилась к территории Тунгусского месторождения подземных вод. Тем же федеральным законом декларировано, что линия государственной границы между Россией и Китаем проходит на судоходных реках по середине главного фарватера реки, следовательно, судьба оставшейся части острова Большой Уссурийский является неопределенной, и в достаточно близкой перспективе весь участок размещения скважин проектируемого Тунгусского месторождения может оказаться в пограничной зоне.
После утверждения запасов Тунгусского месторождения подземных вод произведены масштабные гидротехнические мероприятия и резко изменился гидрологический режим Амура: в 2002 г. в пределах Хабаровского водного узла перекрыта протока Прямая; в 2003 г. начато наполнение Бурейского водохранилища; в 2004 г. частично перекрыта протока Пемзенская; в 2005 г. полностью перекрыты протоки Пемзенская, Бешеная и Казакевичева.
Перекрытие проток Пемзенская и Бешеная было направлено на решение не менее важных проблем, чем водоснабжение г. Хабаровска, и экономически обоснованно. Интенсивное развитие протоки Пемзенская [1, 4, 5] уже в 50-е гг. XX в. угрожало опорам железнодорожного моста через Амур, к которым поток Пемзенской протоки в период ледохода выносил ледовые массы под углом близким к 90°. А постоянное увеличение доли стока Амура, уходящего в эту протоку, составлявшей в 1998 г. - 50% и достигшей к 2003 году 60% от общего расхода воды р. Амура, могло сделать проблематичным судоходство на этом участке Амура. В результате изменения гидравлического режима на участке главного русла Амура между истоками проток Пемзенская и Бешеная сформировались обширные отмели, создающие постоянную проблему для международного судоходства, что неизбежно вызвало бы перенос судового хода в протоку Пемзенская. Аналогичные решения в соответствии с соглашениями между Россией и Китаем принимались в связи с проблемами судоходства на многих участках Верхнего и Среднего Амура, а также на р. Уссури. Перенос фарватера из главного русла Амура в Пемзенскую протоку мог бы привести к полной деградации Амура, сращиванию пойменного массива между протокой Пемзенская и р. Амур с островом Большой Уссурийский, следовательно, дополнительным территориальным потерям России. Кроме того, в случае передачи Китаю оставшейся части острова Большой Уссурийский ковш ЦГВ мог оказаться непосредственно на государственной границе. А интенсивный размыв левого берега Пемзенской протоки со временем мог привести к созданию непосредственной угрозы насыпям федеральной автомобильной дороги Чита - Хабаровск и Транссибирской железнодорожной магистрали [4, 5].
На возможность полного перемещения в ближайшие 20-40 лет течения Амура в Пемзенскую протоку и на необходимость проведения специальных русловых исследований указывали русловеды географического факультета МГУ Р.С. Чалов и В.А. Чернов [5] еще на ранних стадиях поисково-оценочных работ на Тунгусском месторождении подземных вод. Однако авторами проекта Тунгусского месторождения подземных вод прогнозы этих специалистов не были приняты во внимание. Не проанализировано влияние возможных проектов регулирования русла р. Амура в Хабаровском водном узле на режим подземных вод разведуемого месторождения, хотя уже тогда была очевидна необходимость полного или частичного перекрытия проток Пемзенская и Бешеная для сохранения Амура в существующем русле. Были сделаны только однобокие выводы об отсутствии влияния проектируемого водозабора на русловые процессы в реках Амур и Тунгуска. В последующем при разработке проекта регулирования русла Амура в Хабаровском водном узле в 2002 г. Ленгипроречтрансом не были оценены возможные влияния проектируемых мероприятий на Тунгусское месторождение подземных вод, так как в качестве приоритетной принята задача сохранения Амура в современном русле [3].
Как показал анализ происшедших с 2000 г. преобразований русловой системы, в Хабаровском водном узле ожидается увеличение стока воды и наносов в главном русле Амура, падение уровней воды в протоках Пемзенская и Бешеная до 1,3 м по сравнению с бытовыми, активное отложение в них илистых наносов в результате превращения в водоемы старичного типа, увеличение фильтрационного сопротивления ложа и ухудшение условий взаимодействия поверхностных и подземных вод, изменение гидрохимического режима проток Пемзенская и Бешеная. В результате резкого сокращения доли привлекаемых ресурсов со стороны Пемзенской протоки при сохранении проектного водоотбора в условиях эксплуатации ожидается увеличение сработки емкостных запасов месторождения и значительное снижение динамических уровней в эксплуатационных скважинах. Это приведет, как к общему истощению запасов подземных вод месторождения, так к резкому ухудшению качества подземных вод за счет увеличения перетекания некондиционных вод из нижних горизонтов.
При утверждении запасов Тунгусского месторождения экспертиза ГКЗ отметила также недостаточную исследованность и обоснованность метода обезжелезивания в пласте [2]. Центр Госсанэпиднадзора в Хабаровском крае также согласовал использование подземных вод Тунгусского месторождения для централизованного водоснабжения г. Хабаровска только с традиционной схемой очистки воды на наземной установке. Особо отмечены проблемы, связанные с повышенным содержанием в подземных водах метана, который делает сложной очистку воды любыми существующими методами, в том числе наземными. Причем предполагаемая возможность отсечки глубинных газовых потоков технологически никак не отработана. Тунгусское месторождение подземных вод находится в зоне разгрузки глубинных вод Среднеамурского артезианского бассейна, химический, газовый составы и радиоактивность которых в ходе разведки месторождения практически не исследован. Гидродинамический режим взаимодействия эксплуатируемого горизонта с нижележащим горизонтом также не исследован, хотя очевидно, что в условиях постоянной эксплуатации водозабора ожидается интенсификация поступления глубинных подземных вод к водозабору, что подтверждается наблюдавшимся увеличением содержания отдельных компонентов в ходе длительных откачек, проводившихся при поисково-оценочных работах. Экспертизой ГКЗ показано также, что при методе внутрипластового осаждения железа и марганца произойдет намного более быстрая кольматация водоносного горизонта при водоподготовке в пласте, чем рассчитано авторами проекта.
Отрицательным является опыт разведки и эксплуатации месторождения подземных вод "Хурбинское" с утвержденными запасами 420 тыс. м3/сут, предназначенного для водоснабжения г. Комсомольска-на-Амуре. Это месторождение также заключено в плиоцен-четвертичных отложениях (N2-Q), но находится в пойме р. Амур в непосредственной близости от русла реки. Однако пробная эксплуатация подземных вод на участке "Мостовой" этого месторождения не дала экономически приемлемых результатов как при традиционном обезжелезивании на поверхности, так и при подземном.
В соответствии с решением ГКЗ РФ запасы Тунгусского месторождения должны быть переутверждены в связи с происшедшими радикальными преобразованиями водохозяйственного, гидрологического и гидрохимического режимов Амура в Хабаровском водном узле. Работы по переутверждению запасов подземных вод будут по затратам сопоставимы с затратами по разведке нового месторождения, т.к. при этом будет необходимо изыскивать новое местоположение будущего водозабора. Однако вариант поиска нового водозаборного участка в границах Тунгусского месторождения подземных вод, рассчитанного на запасы подземных вод водоносного горизонта приамурской свиты, нецелесообразен в связи с высоким содержанием в них железа, марганца и других компонентов. Кроме того, в связи с изменившимся пограничным статусом территории Тунгусского месторождения в результате вступления в силу Федерального Закона РФ от 31.05.2005 №52-ФЗ и с неопределенностью будущего оставшейся части Большого Уссурийского острова необходимо полностью отказаться от размещения водозабора в приграничной полосе.
Таким образом, Тунгусское месторождение подземных вод, как в связи со сложившимися водохозяйственными, гидрологическими и гидрохимическими режимами Амура, так и в связи с технологическими недостатками очистки подземных вод этого месторождения, не может рассматриваться больше как перспективный источник водоснабжения Хабаровска и должно быть выведено за баланс.
Освоение инфильтрационных водозаборов в русле Амура
Перспективным альтернативным источником водоснабжения Хабаровска является слабо освоенное месторождение подземных вод инфильтрационного типа - Островное МПВ (рис. 1) с утвержденными ГКЗ запасами 260 тыс. м3/сут. Месторождение расположено в русле Амура поблизости от правого берега, приурочено к плиоцен-четвертичным отложениям и характеризуется повышенным содержанием железа и марганца в подземных водах в естественных условиях.
Опыт эксплуатации участка Заячий остров месторождения Островное показал, что в условиях активного водоотбора формируется зона безжелезистых подземных вод за счет преобладания в балансе водозабора привлекаемых речных вод. Другое преимущество инфильтрационных водозаборов в русле Амура состоит в том, что здесь в результате интенсивного воздействия русловых процессов происходит постоянная замена придонного слоя водоносного горизонта, который обычно в более спокойных гидравлических условиях речного потока быстро загрязняется и кольматируется.
Как показал анализ распределения водных потоков р. Амур на участке размещения этих месторождений, здесь на протяжении всего года, в том числе в межень, течет хорско-уссурийская струя. Поэтому влияние китайских источников загрязнения поверхностных вод ни при каких условиях не распространяется на правую прибрежную полосу Амура в черте Хабаровска. Даже в межень сильно загрязненная сунгарийская струя протекает в черте Хабаровска на существенном отдалении от правого берега, определяемом соотношением меженных расходов Амура и Уссури.
Несмотря на положительный опыт эксплуатации подземных вод месторождения Островное, инфильтрационные водозаборы не получили развития в Хабаровске. Месторождение Островное расположено в черте г. Хабаровска ниже по течению от основных городских неорганизованных источников загрязнения. В мировой практике водоснабжения считается, что именно такое расположение водозаборов способствует развитию в городе водосберегающих и водоохранных технологий. Однако в условиях России понимание этого еще не достигнуто, и приходится изыскивать источники водоснабжения в гарантированно чистых условиях.
Комплексный водозабор на р. Тунгуска в районе п. Николаевка
В качестве альтернативного варианта предлагается перспективный источник водоснабжения - Николаевский комплексный водозабор поверхностных и подземных вод в русле р. Тунгуска в районе п. Николаевка, расположенный вне зоны досягаемости амурской воды (рис. 2).
Источник воды - р. Тунгуска. Способ забора воды: непосредственно из реки Тунгуска и из прируслового инфильтрационного водозабора. Буферное водохранилище на пойме р. Тунгуска емкостью 3 млн. м3 предназначено для хранения постоянно обновляемого 30-суточного запаса воды. Большой объем буферного водохранилища позволяет обеспечивать равномерную работу водозаборного узла и устойчивую эксплуатацию магистрального водопровода эффективно использовать суточную неравномерность водо- и энергопотребления для подкачки воды.
Тунгуска - левобережный притоком Амура с площадью водосбора 30200 км2. Ширина ее основного русла изменяется от 250 до 350 м, глубина от 1,5 -2,0 м на перекатах до 5 м на плесах. Минимальный зимний расход воды р. Тунгуска за 30-дневный период с обеспеченностью 97% составляет - 20 м3/с. Качество воды в Тунгуске соответствует санитарным нормам практически по всем компонентам и не требует специальной водоподготовки.
Рис. 2. Схема снабжения Хабаровска водой из комплексного водозабора на р. Тунгуска. 1 - водозаборный узел, 2 и 5 - магистральные водоводы, 3 - буферное водохранилище, 4 - насосная станция, 6 - дюкер.
Водозабор Николаевский позволит обеспечить любые потребности Хабаровска в воде. Максимальная производительность водозабора практически не ограничена, что обусловлено использованием буферного водохранилища объемом 3 млн. м3, которое заполняется из Тунгуски в удобный период. Это позволяет избежать рыбохозяйственных ограничений на работу инфильтрационного водозабора в маловодные периоды на р. Тунгуска. Заявленная перспективная потребность Хабаровска в воде составляет менее 25% от расхода р. Тунгуска с обеспеченностью 97%.
Составляющие системы водоснабжения Николаевская: инфильтрационный водозабор; водозаборная насосная станция первого подъема на р. Тунгуска; магистральный водовод длиной 10 км от ВЗУ до буферного водохранилища; буферное водохранилище емкостью 3 млн. м3; насосная станция второго подъема для подачи воды из водохранилища в город; водовод длиной 5 км от НС до р. Амур; дюкер длиной 3 км под Амуром до точки подключения к городскому магистральному водоводу. Существенный недостаток водозабора Николаевский - необходимость создания дюкера через Амур.
Комплексный водозабор Святогорский на р. Хор
В качестве наиболее перспективного варианта водоснабжения г. Хабаровска предлагается создание водозабора "Святогорский" - комплексного водозабора поверхностных и подземных вод в русле р. Хор в районе с. Святогорье с буферным водохранилищем в долине р. Елька, притоке р. Сита (рис. 3). Суть предлагаемой схемы водоснабжения - переориентация на использование безусловно чистых поверхностных вод бассейна р. Хор и крупного буферного водохранилища в долине р. Елька, позволяющего осуществлять бесперебойное водоснабжение города Хабаровска независимо от природных и техногенных факторов.
Р. Хор - один из наиболее полноводных притоков р. Уссури - берет начало в отрогах осевого хребта Сихотэ-Алинь, пересекает западную часть горной системы Сихотэ-Алиня и выходит в пределы Средне-Амурской впадины, где впадает в р. Уссури в 65 км от ее устья (8 км выше с. Ново-Советское). Общая площадь водосбора реки 24700 км2. Минимальный зимний расход воды р. Хор за 30-дневный период с обеспеченностью 97% составляет 15,2 м3/с.
Рис. 3. Схема снабжения Хабаровска водой из комплексного водозабора на р. Хор 1 - водозаборный узел, 2 и 5 - магистральные водоводы, 3 - буферное водохранилище, 4 - насосная станция.
Качество воды в р. Хор соответствует санитарным нормам практически по всем компонентам и не требует специальной водоподготовки. Водозабор "Святогорский" позволит обеспечить любые потребности Хабаровска в воде. Максимальная производительность водозабора не ограничена, что обусловлено использованием буферного водохранилища объемом 80 млн. м3, которое заполняется из р. Хор в любые удобные периоды. Это позволяет также избегать рыбохозяйственных ограничений на водоотбор из р. Хор в маловодные периоды. Заявленная перспективная потребность Хабаровска составляет менее 25% от расхода р. Хор с обеспеченностью 97%.
Составляющие системы водоснабжения - водозабор "Святогорский": инфильтрационный водозабор; водозаборная насосная станция первого подъема на р. Хор; магистральный водовод длиной 49 км от р. Хор до водохранилища на р. Елька; водохранилище "Елька" с плотиной длиной до 1 км и максимальной высотой до 20 м, площадью порядка 8 км2, объемом порядка 80 млн. м3 при нормальном подпорном уровне (НПУ); насосная станция второго подъема и водовод длиной 16 км для подачи воды из водохранилища в город.
Из рассмотренных вариантов в качестве наиболее приемлемого автор предлагает комплексный водозабор Святогорский с точки зрения возможности гарантированного обеспечения требуемого количества воды в любой отдаленной перспективе. Это основано на том, что в бассейне р. Хор практически отсутствует хозяйственная деятельность и существует реальная возможность превращения всей его территории выше участка водозабора в заповедную зону. В любом случае, для принятия решения о выборе конкретного варианта водозабора требуется проведение тщательного эколого-экономического обоснования с учетом всех долговременных водохозяйственных и гидрологических факторов, влияющих на судьбу подземного источника водоснабжения. Это позволит избежать проблем, свойственных существующим разведанным крупнейшим месторождениям подземных вод для водоснабжения Хабаровска и Комсомольска-на-Амуре, часть из которых не имеет практической перспективы и должна быть выведена за баланс.
Литература
1. Водно-экологические проблемы бассейна Амур // Под ред. Махинова А.Н. Владивосток: ДВО РАН, 2003. 187 с.
2. Кулаков В.В., Архипов Б.С., Козлов С.А. Методические рекомендации по опытно-технологическим исследованиям условий обезжелезивания и деманганации подземных вод в водоносном горизонте. Хабаровск: НТЦ Дальгеоцентр, 1999. 61 с.
3. Ребковец А.В., Николаев В.Ф., Сорокин Ю.И., Браславская Е.Н. Проблема р. Амур в районе г. Хабаровска и ее решение / Тез. докл. VI всероссийского гидрологического съезда. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. С. 70?71.
4. Чалов Р.С. Амуро-Уссурийский водный узел: клубок проблем экономических, экологических, политических // Статус-кво. 2005. №3. С. 32?37.
5. Чалов Р.С., Чернов А.В. Проблемы развития русла Амура в районе Амуро-Уссурийского водного узла // География и природные ресурсы. 2000. № 4. С. 93-98.
Рецензент - В.А. Грабовников.