Негативные последствия использования технологии открытого водозабора в пределах города Лабытнанги и поиск путей решения проблемы

 

В статье рассмотрена одна из экологических проблем, связанных с использованием технологии открытого водозабора на маловодной реке Ханмей для снабжения города Лабытнанги питьевой водой, что отрицательно сказывается на её экологическом состоянии. Сложившаяся ситуация требует комплексного решения задач водопользования, включая не только реорганизацию водозабора, но и регулирование стока, сохранение и улучшение качества воды в реке. Исследование было направлено на поиск и применение более эффективных технологий в экологическом и экономическом плане. Предлагаемый автором альтернативный вариант использования водного объекта для питьевых нужд, позволит урегулировать экологические, экономические и правовые отношения водопользователей с водным объектом на далекую перспективу. Изыскание подземного источника и строительство скважинного водозабора для хозяйственно – питьевого водоснабжения города позволит решить важную социальную задачу обеспечения населения качественной питьевой водой и восстановить естественный режим стока водного объекта высшей рыбохозяйственной категории.

Ключевые слова: открытый водозабор, маловодные реки.

 

Введение. В пределах города Лабытнанги находятся две небольшие реки – Вылпосл и Ханмей. То, что произошло с рекой Вылпосл можно назвать экологической катастрофой. Реку, некоторое время использовали для сплава леса. Но поскольку река не является полноводной, то часть древесины оставалась на берегах. По истечению некоторого времени берега и дно реки оказались буквально уложенными лиственницей. Строительство дороги к Обскому причалу, пересекащей реку Вылпосл, только усугубило ситуацию. Вместо моста через дорогу была уложена широкопросветная асбестовая труба. Но труба не справляется с потоком воды в полном объёме во время паводка. Это привело к изменению и заиливанию основного русла реки. В настоящее время речка Вылпосл выглядит плачевно.

Актуальность Аналогичная ситуация складывается и относительно реки Ханмей. Но причина нарушения её экологического равновесия иная. Чтобы обратить большее внимание на этот факт компетентных лиц, обладающих полномочиями и способных изменить ситуацию в лучшую сторону я и занялась подробным изучением этого вопроса.

Город Лабытнанги расположен на левом берегу р. Обь в западной части Ямало-Ненецкого автономного округа. Население города по данным переписи 2010 года превышает 27 тыс. человек. Среди городов автономного округа он остаётся единственным, использующим для обеспечения хозяйственно-питьевых нужд поверхностные воды [4, 10].

С позиции современной экологии любая форма вещества, энергии и информации, оказавшаяся в экосистеме в неположенном месте и не в то время – загрязнитель. Любой из видов загрязнителя затрагивает экосистему в целом и может привести к ее гибели, если механизмы компенсации не смогут преодолеть их влияния [5].

Гидротехнические сооружения, эксплуатируемые на водных объектах, оказывают негативное разнообразное влияние на прилегающие территории и акватории. Меняются сложившиеся условия обитания как гидробионтов, так и околоводной флоры и фауны, изменяется естественный режим существования реки. Задачей современного проектирования и функционирования таких природно-технических систем (ПТС) является обеспечение экологически безопасного взаимодействия гидроэкосистемы и технического объекта [6]. Согласно Основам водного законодательства при проектировании, строительстве и эксплуатации водохранилищных водозаборов режим их пополнения и сработки должен устанавливаться с учетом сохранения окружающей флоры и фауны [3].

Массовое использование ресурсов маловодной реки Ханмей в течение длительного времени для централизованного водоснабжения города отрицательно сказывается на её экологическом состоянии. Сложившаяся ситуация требует комплексного решения задач водопользования, включая не только реорганизацию водозабора, но и регулирование стока, сохранение и улучшение качества воды в реке.

Проблема: постройка и эксплуатация гидротехнических сооружений на малых реках изменяет режим стока поверхностных и подрусловых вод, что влечёт за собой необратимые экологические последствия.

Цель исследования: выявить негативные последствия эксплуатации открытого водозабора на р. Ханмей и предложить наиболее рациональные способы снабжения города питьевой водой.

Задачи исследования: изучить степень антропогенного воздействия на изменение экологической ситуации в пределах акватории водозабора на реке Ханмей; определить причинно-следственные связи между различными факторами, способствующими изменению экологического состояния маловодной реки; получить консультации специалистов, контролирующих обеспечение питьевой водой жителей города и обслуживание объекта водоснабжения; изучить новейшие технологии в области использования водных ресурсов в России и странах арктического региона.

Методы исследования: теоретические (изучение научной литературы по проблемам природопользования; сравнение и сопоставление степени влияния различных факторов на изменение экологического состояния реки; конструирование гипотезы; анализ результатов исследования; концептуальный метод (высказывание своих взглядов и их подтверждение или опровержение); практические (наблюдение, фотографирование объекта, сравнение результатов наблюдения, консультации со специалистами в сфере жизнеобеспечения города, обработка полученных результатов).

Гипотеза: если я докажу, что используемая технология открытого водозабора для снабжения города питьевой водой имеет ряд негативных последствий, то, возможно, это послужит весомым аргументом к поиску и применению более эффективных технологий в экологическом и экономическом плане.

Предмет исследования: экологическая ситуация на реке Ханмей.

Объект исследования: акватория гидротехнического сооружения открытый водозабор.

Практическая значимость исследования заключается в том, что предлагаемый альтернативный вариант использования водного объекта для питьевых нужд, позволит урегулировать экологические, экономические и правовые отношения водопользователей с водным объектом на далекую перспективу.

Методы и материалы. В рамках федерального водного законодательства создается правовое поле субъектов РФ, позволяющее регулировать водные отношения с учетом конкретных социально-экономической и экологической ситуаций. На сегодняшний день принят ряд законов и постановлений РФ, которые дали органам министерства природных ресурсов (МПР) РФ основные рычаги управления использованием и охраной водных объектов для обеспечения определенных им задач и функций. Включена специальная статья об ответственности за загрязнение, засорение и истощение поверхностных или подземных вод, источников питьевого водоснабжения в принятый федеральный закон «О введении в действие Уголовного кодекса Российской Федерации» (13.06.96 № 64-ФЗ). Осуществляется подготовка других нормативных правовых актов. К этой работе привлечены отраслевые научно-исследовательские организации, территориальные органы.

Выбор того или иного источника для хозяйственно-питьевого водоснабжения устанавливает систему водопользования и основные принципы взаимоотношения водопользователей с водными объектами на далекую перспективу. Из-за роста населённых пунктов, активного антропогенного воздействия на источники воды водозаборы приходится удалять на десятки километров от населенных пунктов [3]. Действующий питьевой водозабор расположен на р. Ханмей в 10 км западнее города.

Река имеет горный характер, большое число порогов и перекатов, на выбранном для водозабора участке имеет характер равнинных рек с многочисленными меандрами. Берега неустойчивые, легкоразмываемые, русло сложено песчано-гравийными отложениями, в которых формируется подрусловый сток. Подрусловые воды реки в хозяйственно-питьевом водоснабжении не используются. Средний многолетний минимальный сток в данном створе составляет 2,06 м³/с, а в отдельные годы он снижался к концу зимы до 0,5 м³/с. Расстояние от истоков до плотины составляет около 50 км. Ледостав происходит в первой декаде ноября, ледоход — во второй декаде мая [7].

Водозабор является первым звеном сложной системы водоснабжения, обеспечивающим питание всех водопотребителей. Занимая головное положение в системе, водозабор имеет определяющую роль в ее функционировании. Представляя собой сложный комплекс инженерных сооружений, оснащенных энергетическим и механическим оборудованием, системой автоматического и телемеханического управления, водозабор должен работать бесперебойно при любых условиях забора воды, существенно изменяющихся по сезонам года [8].

Шугоход и ледоход, резкие колебания уровней воды, а также непредвиденные обстоятельства нарушают работу водозабора. Даже небольшие нарушения режима работы водозабора влекут за собой крупные осложнения в водоснабжении, аварии же могут принести материальный ущерб, многократно превышающий стоимость самих водозаборных сооружений. Поэтому при строительстве и эксплуатации водозаборов должны использоваться наиболее совершенные конструкции и технологии, благодаря чему может быть достигнута высокая надежность их работы [8].

Потребность г. Лабытнанги в питьевой воде в 2004 году составляла 8,9 тыс. куб. м/сут, а к 2010 она возросла до 9,9 тыс. куб. с/сут, и составила за год 3613,5 тыс. куб. м. Таким образом, ежегодно происходит увеличение объёма потребляемой воды на 1,6%. В результате объём забираемой воды возрос в 2,7 раза по сравнению с первоначальным [1][4]. С увеличением мощности водозабора возрастают требования к его надежности и бесперебойности работы, так как многократно увеличивается возможный материальный ущерб при аварийных ситуациях [8]. За время эксплуатации водозабора существенных осложнений в его работе не наблюдалось. Регулирование поверхностного стока путём создания водоподъёмной гравийной плотины для увеличения глубины воды у водоприёмника обеспечивает устойчивую производительность водозабора.

Устройство водозабора и его мощность определяется совокупностью факторов: потребным расходом воды и его соотношением с дебетом (потенциальные возможности) источника, типом источника (река, озеро, канал), его гидрологическим и шуголедовым режимом, переформированием ложа [8]. В коммунальном хозяйственно-питьевом водоснабжении г. Лабытнанги используется открытый речной водозабор с береговым водоприемником. В суровых климатических условиях эксплуатация водозабора осложняется, так как сток реки изменяется из-за её частичного или полного перемерзания. Ещё одной характерной особенностью рек Крайнего Севера является неравномерное распределение их стока: более 60 % стока приходится на 1-2 месяца. Кроме этого интенсивный шугоход и весенний ледоход, зажоры с подъемами уровня воды, торосистый ледостав, большая толщина ледяного покрова (до 2 м и более), полное перемерзание отельных участков реки — все это налагает дополнительные требования к устройству и эксплуатации водозабора. Отбор воды из малого поверхностного источника при недостаточном и неравномерном стоке связан с большими трудностями. Надежность работы водозабора обеспечивается за счет регулирования сезонного речного стока и поддержания необходимых глубин в месте расположения водоприемного устройства. Для этого строится водоподъёмная гравийная плотина [1, 4].

Опыт эксплуатации водозабора показывает, что осложнения в его работе возможны даже в условиях регулирования стока и обусловливаются они непредвиденными изменениями режима. Причиной осложнений явилось чрезмерное снижение стока реки зимой из-за суровых климатических условий и редко повторяющихся сочетаний погодных факторов: низкая температура, продолжительный период при малом снеговом покрове, запоздалое снеготаяние весной, недостаточное выпадение осадков в осенне-летний период, сопровождающееся сокращением грунтового питания реки. В этих условиях возникает необходимость проведения дополнительных специальных мероприятий по поддержанию минимального стока.

Главное назначение ПТС – получение из поверхностной воды р. Ханмей питьевой воды, удовлетворяющей СанПин. В разводящую сеть вода подаётся без очистки. При всем этом мутность воды невелика (10-15 мг/л), что позволяет применять упрощенную технологию ее очистки, в том числе непосредственно на самом водозаборе, что для условий Севера имеет очень важное значение. В паводки мутность достигает 50-70 мг/л, в результате чего вода становится непригодной для питьевых нужд из-за большой мутности и цветности [1, 4]. В зимнюю межень поверхностный речной сток не обеспечивает требуемый объём воды для водоотбора. Ежегодно осенью ниже водозабора, на реке сооружается временная плотина с целью накопления запаса воды на зимний период. С созданием временного водохранилища существенно нарушаются технические и правовые условия забора воды [3]. Сток в реке Ханмей ниже плотины в период с января по апрель отсутствует. Плотина нарушает естественный режим стока реки, препятствует миграции ценных видов рыб, способствует заиливанию русла реки. Перед весенним половодьем в насыпной гравийной плотине делается проран для пропуска паводковых вод.

Ежегодные затраты на восстановление плотины в зависимости от степени её разрушения в половодье весьма ощутимы.

Опасность открытого водозабора заключается в его полной незащищённости как от воздействия биотических факторов, так и антропогенных. Река лежит на пути миграций ряда перелётных птиц. Во время перелётов велика вероятность переноса возбудителей различных инфекций. Являясь объектом стратегического назначения, территория водозабора почти никак не охраняется, что является социально опасным фактом. Применение биологического оружия в акватории водозабора может привести к гибели большого количества людей [6].

Изучив новейшие технологии в области использования водных ресурсов в России и странах арктического региона, необходимую литературу, проконсультировавшись со специалистами, контролирующими обеспечение питьевой водой жителей города и обслуживание объекта водоснабжения, я пришла к выводу, что альтернативой поверхностному, гигиенически некачественному, социально и биологически опасному, экологически вредному варианту водоснабжения города может стать строительство скважинного водозабора вблизи действующего поверхностного на р. Ханмей [6]. Преимущества данного варианта заключаются в следующем: имеется необходимая инфраструктура для эксплуатации водозабора (дорога, электро- и теплоэнергия, накопительные ёмкости, магистральный водовод); отпадает необходимость ежегодного строительства плотины, что сказывается на экономии бюджета города;обеспечивается стабильное качество отбираемой воды вне зависимости от сезона года; обеспечивается более надёжная защита источника водоснабжения от химических, физических и биологических источников загрязнения; не требуется очистка воды перед подачей в разводящую сеть; отпадает необходимость доставки питьевой воды в город во время весеннего паводка, что также сказывается на экономии бюджета города.

В случае изыскания подземного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения города будет решена не только важная социальная задача обеспечения населения качественной питьевой водой, но восстановлен естественный режим стока водного объекта высшей рыбохозяйственной категории.

Для однозначного решения вопроса о возможности строительства скважинного водозабора необходимо гидрогеологическое и экологическое обоснование такого проекта. Для оценки эксплуатационных запасов подземных вод требуется проведение поисково-разведочных гидрогеологических работ.

В связи с тем, что мерзлотно-гидрогеологические условия площади и гидрологический режим реки Ханмей не достаточно изучены, целесообразно в первую очередь провести поисково-оценочные работы, которые позволят выявить месторождение и предварительно оценить эксплуатационные запасы подземных вод применительно к существующей схеме работы водозабора. Поисково-оценочная стадия должна осуществляться компетентными структурами и включать в себя: сбор, систематизацию и детальный анализ имеющихся материалов по данному участку работ; проведение годового цикла гидрологических наблюдений на р. Ханмей выше подпорного уровня плотины водохранилища с целью определения изменения режима стока поверхностных и подрусловых вод, а также уровня водности реки в различные периоды; проведение электроразведки методом вертикального зондирования и скважинной электроразведки; произведение каротажных исследований, лабораторных и камеральных работ, на основе которых можно будет сделать конкретные выводы.

При получении результатов, доказывающих возможность изыскания подземного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения с производительностью в объёме заявленной потребности (10 тыс. куб. м/сут) участок может быть признан перспективным и проведение дальнейших поисково-оценочных гидрогеологических работ на нём будет рентабельным.

В ходе проведённых ранее работ выявлено, что прогнозируемые эксплуатационные ресурсы подземных вод могут обеспечить производительность в объёме около 20, 0 тыс. куб. м/сут, что в два раза превышает объём заявленной потребности [4].

В случае неподтверждения прогнозируемых объёмов следует обратить внимание на результаты изысканий, проведённых в 1980 г. месторождения Вырчинское и Карантинское, расположенные на затапливаемой территории в пойме р. Обь в непосредственной близости к городу Лабытнанги, также пригодны для использования в качестве источников водоснабжения. Оба месторождения в сумме обеспечивают 12,6 куб. м/сут, имеют водоносные слои категории А и В, что позволяет их использовать без дополнительной очистки, а также водоносные слои С1 и С2, требующие перед использованием предварительную очистку.

В данном случае можно предложить два варианта: отсыпать по линии водозабора дамбу, укрепить её от размыва бетоном или бутовым камнем, как это сделано с железнодорожным полотном, ведущем к обскому причалу, и вывести эксплуатационную колонну на берму; второй вариант – строительство водозабора затапливаемого типа. При проектировании и строительстве необходимо учесть, что пойма реки Обь является охранной зелёной зоной г. Лабытнанги. Все строительные мероприятия, наносящие ущерб окружающей среде на этой территории запрещены. Задачей проектирования и функционирования такого гидротехнического сооружения является обеспечение экологически безопасного взаимодействия гидроэкосистемы и технического объекта.

Результаты и обсуждение Гидротехническое сооружение для изъятия воды из водного объекта с целью использования ее для водоснабжения резко нарушает режим естественных водных объектов, что приводит к изменению качества воды, водного режима и нарушению естественных условий существования водных экосистем. Объем изъятия требует тщательного экологического обоснования. Превышение допустимого порога изъятия воды из реки приводит к экологической катастрофе. Допустимая величина изъятия воды определяется характеристиками водоёма, его водосборного бассейна и типами водных экосистем. Степень антропогенного воздействия на водный объект должна регулироваться нормативно-правовой базой, позволяющей контролировать водные отношения с учетом конкретных социально-экономической и экологической ситуаций.

Руководствуясь целями водного законодательства, релизующимися на основе сбалансированного развития экономики и улучшения состояния окружающей природной среды, решение проблемы водоснабжения г. Лабытнанги качественной питьевой водой посредством строительсва скважинного водозабора вблизи действующего поверхностного устраняет и негативные последствия от воздействия ежегодно возводимой плотины. Изыскание подземного источника и строительство скважинного водозабора для хозяйственно-питьевого водоснабжения города позволит решить важную социальную задачу обеспечения населения качественной питьевой водой и восстановить естественный режим стока водного объекта высшей рыбохозяйственной категории.

Особый акцент в работе сделан на триединство значения вод как объекта регулирования водных отношений, отмеченное в новом Водном кодексе РФ: вода – объект природы, хозяйствования (пользования), собственности. При этом первостепенное значение придается воде как важнейшему компоненту природы, затем как объекту для хозяйственного использования, а потом уже как объекту права собственности [2]. В работе подчеркивается экологический (основа жизни) и экономический (основа деятельности народов) аспекты использования и охраны вод.

При регулировании вопросов рационального природопользования контроль над использованием и охраной водных объектов должен занимать приоритетное положение перед другими природно-ресурсными отраслями, затрагивающими аналогичные отношения.

Человек является творцом науки и техники, но, к сожалению, одновременно и разрушителем природы. В мире, где окружающая среда постоянно ухудшается, невозможно здоровое общество и эффективная экономика. Социально-экономическое развитие должно пойти по иному пути, перейдя от стихийного взаимодействия с природой к сознательно направляемому, обязательно учитывая возможности природной среды. Ресурсы биосферы нельзя присваивать, не думая о возможностях природы, об интересах как ныне живущих, так и будущих поколений [5, с. 5]

План реализации проекта

Этап	Наименование мероприятия	Результат (документ, презентация)	Сроки выполнения
I.	Разработка нормативно – правовой базы, регламентирующей деятельность по организации строительства водозабора скваженного типа	Проектно-сметная документация	2016-2017
II.	Подготовительные виды работ	1 вариант: отсыпка по линии водозабора дамбы, укрепление бутовым камнем выведение эксплуатационной скважинной колонны на берму   2 вариант: строительство водозабора затапливаемого типа.	2017-2018
III.	Основные виды работ	Бурение скважины	2018-2019
IV.	Обслуживание водозабора скважинного типа		В течение всего времени

 

Литература:

 

1. Ведомственная целевая программа «Развитие минерально-сырьевой базы Ямало-Ненецкого автономного округа (2006-2008 г.г.); п.3.2.2.
2. "Водный кодекс Российской Федерации" от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 19.07.2011) (с изм. и доп., вступающими в силу с 21.10.2011).
3. Молотов В.С., Гармаев Е.Ж., Коломеец О.П., Турунхаев А.В. Основы водного законодательства. Охрана и использование водных ресурсов: Уч. метод. пособие. Улан-Удэ, 2002; С. 29-37.
4. Программа обеспечения качественной питьевой водой населения Ямало-Ненецкого автономного округа и осуществление мероприятий по улучшению водоснабжения населения автономного округа. (Департамент систем жизнеобеспечения).
5. Мамедов Н.М., Суравегина И.Т. «Экология» Учебное пособие для 9-11 классов общеобразовательной школы, Москва,1996 г.
6. Протасов В.С. Экологические основы природопользования, Москва «Альфа-М, Инфра –М», 2010 г, 304 с.
7. Электронная библиотека о Ямале. Губкинская централизованная библиотечная система; http://www.gublibrary.ru/
8. Конструкции водозаборных сооружений. Водоснабжение, канализация и газоснабжение. www.bibliotekar.ru/spravochnik-137-oborudovanie/
9. Ибрагимова К.К., Рахимов И.И., Зиятдинова А.И. Словарь-справочник терминов по экологии и охране природы: Учебное пособие. Казань, изд-во «Отечество», 2012. 148 с. http://dspace.kpfu.ru/xmlui/bitstream/handle/net/21316/74_126_A5-000349.pdf
10. Материалы заседания участников межведомственной рабочей группы с участием заместиля полномочного представителя Президента Российской Федерации в Уральском федеральном округе, г. Екатеринбург от 11.08.2011 г. http://uralfo.gov.ru/district/YAN/