УДК 628.112-047.44(571.13)

DOI: 10.24412/cl-37200-2024-583-590

АНАЛИЗ ВОДОЗАБОРОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД РУССКО-ПОЛЯНСКОГО РАЙОНА ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

ANALYSIS OF GROUNDWATER WITHDRAWALS OF THE RUSSIAN-POLYANSKY DISTRICT OF THE OMSK REGION

Кондратьева Т.Л.¹, Ушакова И.Г.²

Kondratyeva T.L.¹, Ushakova I.G.²

^1,2 ФГБОУ ВО Омский ГАУ им П.А. Столыпина, Омск, Россия

FGBOU VO Omsk State Agrarian University named after P.A. Stolypin, Omsk, Russia

E-mail: ¹tl.kondrateva@omgau.org, ²ig.ushakova@omgau.org

Аннотация. Объектом исследования являются водозаборы подземных вод, включающие в себя водозаборные площадки с сооружениями и источники водоснабжения – подземные воды, используемые для водоснабжения населения Русско-Полянского района Омской области.

Оценено состояние водозаборов подземных вод Русско-Полянского района и разработаны предложения по их реконструкции. Методика исследований и проектирования включала: аналитическую часть: анализ информации о существующих водозаборах подземных вод, рассмотрение вопросов эксплуатации водозаборных скважин, анализах качества воды из подземных водозаборов на территории Русско-Полянского района Омской области; практическую часть: визуальное обследование водозаборных площадок, в том числе оборудование устьев скважин, наличие зон санитарной охраны; проектную часть: разработка предложений по реконструкции водозабора подземных вод в с. Хлебодаровка Русско- Полянского района.

Выполнена оценка безопасности эксплуатации скважинных водозаборов и качества добываемых подземных вод. В работе предложена методика оценки безопасности эксплуатации скважинных водозаборов. Впервые разработан комплекс мероприятий по реконструкции водозабора подземных вод, включающий технологию очистки всего объема воды, подаваемой населению в централизованную водопроводную сеть.

Практическая значимость работы заключается в получении общей картины состояния водозаборов подземных вод Русско-Полянского района Омской области для дальнейшего применения в проектировании, что позволит обеспечить сельские населенные пункты качественной водой для хозяйственно-питьевых нужд и поднимет уровень благополучия населения.

Ключевые слова: водозаборы подземных вод, водоподготовка, централизованное водоснабжение, Русско-Полянский район, Омская область.

Abstract. The object of the study is groundwater intakes, including water intake sites with structures and water supply sources – groundwater used for water supply to the population of Russko-Polyansky district of Omsk region.

The condition of groundwater intakes of the Russko-Polyansky district was assessed and proposals for their reconstruction were developed.

The methodology of research and design included analytical part: Analysis of information about existing water intakes, consideration of issues of operation of water intake wells, water quality analyzes from underground water intakes in the Russian-Polyansky district of the Omsk region; Practical part: visual survey of water intake sites, including the equipment of wellheads, the presence of sanitary protection zones; Design part: development of proposals for the reconstruction of groundwater intake in the village.

Safety assessment of well water intakes operation and quality of extracted groundwater is carried out. The work proposes a methodology for assessing the safety of the operation of wells. For the first time, a set of measures for the reconstruction of groundwater water intake was developed, including the technology of cleaning the entire volume of water supplied to the population to a centralized water supply network.

The practical significance of the work consists in obtaining a general picture of the state of groundwater intakes of the Russko-Polyansky district of Omsk region for further application in design, which will provide rural settlements with quality water for household and drinking needs and raise the level of well-being of the population.

Key words: groundwater intakes, water treatment, centralized water supply, Russko-Polyansky district, Omsk region.

Введение. Русско-Полянский район является административной единицей – южным муниципальным районом Омской области, который расположен в центральной части материка Евразия, почти в центре Российской Федерации, на юго-востоке Западно-Сибирской низменности. С запада и юга района проходит государственная граница Российской Федерации с Казахстаном, на севере район граничит с Нововаршавским и Павлоградским муниципальными районами Омской области. Численность населения района, проживающего в 30 населенных пунктах, на 2021 год составляло 17 223 человека, а в 2010 году – 19233 [1].

На территории Русско-Полянского района преобладают степные ландшафты: повышенные плоско-западинные слабонаклонные равнины с редкими гривами, с сельхозугодьями на месте разнотравно-ковыльно-типчаковых степей, на черноземах южных.

Поверхностных источников водоснабжения (рек и ручьев) нет, есть несколько соленых озер, расположенных в северо-западной части: на территории Алаботинского округа – озера Ала- Бота, Жарылдыкуль, Кумон-Куль и три небольших озера на территории Хлебодаровского муниципального округа.

Материалы и методы. Вопросам состояния хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Омской области, в том числе из подземных водоисточников посвящены в следующие работы [2-4]. Одной из основных особенностей водных ресурсов Омской области является значительное загрязнение подземных водоисточников.

В зависимости от географического положения качественная составляющая подземных вод различна. Так, в южной части области вода щелочная, в средней полосе – с повышенной минерализацией. До 2014 года в Омской области реализовывалась программа «Чистая вода»: были построены локальные станции водоподготовки, закуплены автомобили для ее доставки и создано более 150 пунктов выдачи питьевой воды. Программа была закрыта, в т.ч. из-за проблем с финансированием.

Действующий в настоящее время федеральный проект «Чистая вода» не особо улучшает ситуацию с водоснабжением из подземных источников. На сегодняшний день актуальна проблема с уже существующими скважинами, отсутствие правильной эксплуатации ведет к снижению объемов и потере сооружения. Кроме того, на территории Омской области вопрос реального учета и необходимости ликвидации бесхозных водозаборных скважин остается одним из самых актуальных на протяжении ряда лет, так как подобные скважины являются потенциальным источником загрязнения подземных вод [5-7]. В соответствии с законодательством Российской Федерации за ликвидацию скважин, не подлежащих использованию, отвечает пользователь недр.

Особенно остра проблема питьевого водообеспечения для территорий, водоснабжение которых организовано за счет подземных вод. В большей степени это касается южных районов области, например Русско-Полянского, где подземные воды, используемые для водоснабжения населения без водоподготовки до требований СанПиН, находятся на глубине 700-1000 метров. Необходимо отметить, что в 2022 году введены в действие новые нормативные документы СанПиН 1.2.3685-21 и CанПиН 2.1.3684-21, регламентирующие повышенные требования к качеству воды [8, 9].

Результаты исследований и их обсуждение. В 2020-2022 гг. авторами были проведены визуальные обследования водозаборов, собран необходимый полевой и документальный материал, включая фондовую информацию по населенным пунктам Русско-Полянского района. Выполнен анализ существующей технической и эксплуатационной документации на действующие водозаборные сооружения. Оценено качество подземных вод, используемых населением района для питьевого водоснабжения. В настоящее время водообеспечение района осуществляется за счет одиночных водозаборов, из глубоководных скважин, которые, из-за естественного износа сооружения и несоответствующей эксплуатации, постепенно выходят из строя. Только в одном населенном пункте с числом жителей 800 человек (с. Хлебодаровка) работает станция водоподготовки, полностью очищающая весь объем воды. В остальных населенных пунктах, включая р.п. Русская Поляна, нет станции водоподготовки.

Русско-Полянский район расположен в пределах обширного геологического региона – Западно-Сибирской низменности. В геологическом строении территории участвуют кайнозойские и мезозойские отложения [10, 11]. Территория района имеет двухъярусное строение: по условиям формирования выделяются 2 гидрогеологических этажа, разделенных мощным (до 400-700 м) региональным водоупором мел-палеогенового возраста: верхний и нижний [12].

Верхний гидрогеологический этаж мощностью 300-350 м представляет собой комплекс песчано-алевритовых и глинистых отложений олигоцен-четвертичного возраста. Он характеризуется свободным водообменном. В его пределах распространены средне- и высокоминерализованные воды. Подземные воды данного комплекса находятся в сфере влияния эрозионного вреза гидрографической сети и имеют непосредственную связь с поверхностными водами и атмосферой. Водоносный неоген-четвертичный комплекс является первым от поверхности.

Нижний гидрогеологический этаж сложен песчано-глинистыми породами от триасового до верхнемелового возраста. Водоносный апт-сеноманский комплекс, стратиграфически приуроченный к отложениям покурской свиты, имеет повсеместное распространение в пределах Русско-Полянского района Омской области, по нижней части комплекса имеются краткие единичные сведения.

В гидрогеологическом разрезе мезозойско-кайнозойских отложений описываемой территории выделяются ряд водоносных и относительно водоносных горизонтов. Согласно имеющейся информации о характеристике 10 водоносных горизонтов в пределах Русско- Полянского района [10, 11] об использовании вод различных подземных водных объектов для водоснабжения в целях хозяйственно-питьевого используется водоносный апт-сеноманский горизонт, приуроченный к отложениям покурской свиты (K1-2 pk). Глубина залегания гризонта 550-1030 м.

На 2024 год разведано одно месторождение подземных вод – Русско-Полянское месторождение питьевых подземных вод. Оно залегает на глубинах 590-610 м и приурочено к водоносному горизонту покурской свиты. Водовмещающие породы представлены тонкомелкозернистыми песками, слабо сцементированными песчаниками и песчаными алевритами. Мощность отдельных песчаных прослоев составляет 10-40 м. Усредненная мощность обводненных пород верхней части покурской свиты составляет 160 м. Подземные воды высоконапорные. Пьезометрические уровни подземных вод устанавливаются на глубинах от 20 до 29,1 м.

По химическому составу подземные воды относятся к гидрокарбонатному натриевому, реже гидрокарбонатно-хлоридному натриевому типу с минерализацией от 1,4 до 1,5 г/дм³. Качественным недостатком является повышенная минерализация подземных вод. Отмечается агрессивность вод, обусловленная содержанием свободного CO2 до 52,8 мг/дм³.

Дебиты эксплуатационных скважин изменяются от 6,26 до 15,25 л/с при понижениях

уровня соответственно на 4,0 и 6,5 метров. Удельные дебиты составили 1,21-2,74 л/с. Коэффициенты фильтрации изменяются от 0,44 до 1,76 м/сут, коэффициенты водопроводимости – от 89 до 263 м²/сут. (для подсчета запасов принято среднее значение коэффициентов водопроводимости – 160 м²/сут).

Подсчет запасов подземных вод произведен применительно к площадному водозабору для неограниченного водоносного горизонта. Допустимое эксплуатационное понижение уровня с учетом конструкции скважин и технической возможности водоподъемного оборудования составляет 64 м.

Эксплуатационные запасы составляют (в м³/сут) по категориям А и Б:

А: 6006 м³/сут (Примечание: данные запасы выделяются на месторождениях или участках недр, в пределах которых имеются действующие водозаборы по добыче подземных вод).

Б: 6893 м³/сут. (Примечание: запасы, которые выделяются на месторождениях и участках недр, в пределах которых имеются действующие водозаборные сооружения (переоценка запасов), а также на разведанных месторождениях или участках недр питьевых, технических и минеральных подземных вод 1-й и 2-й группы сложности по геолого-гидрогеологическим условиям) [13].

Согласно данным [12] запасы подземных вод оценивались в 10 муниципальных районах, в том числе в Русско-Полянском муниципальном районе (таблица 1), где водообеспечение населения производится только за счет подземных вод.

Водозаборы подземных вод в населенных пунктах Русско-Полянского района представлены в трех типовых схемах [14,15]: [Скважина → разводящая сеть]; [Скважина → ВБ → разводящая сеть] и [Водовод (от скважины в другом селе) →ВБ → разводящая сеть].

Основным элементом водозаборов является водозаборное сооружение – водяная скважина. Обследование водозаборов подземных вод было проведено по двум направлениям:

1. – оценивалась безопасность эксплуатации водяных скважин, как основного сооружения водозабора подземных вод;
2. – соответствие источников водоснабжения нормативным требованиям по питьевому качеству.

Из информации, предоставленной отделом ЖКХ администрации Русско-Полянского района, следует, что водоснабжение населения организовано только за счет водозаборных скважин глубиной 485-1010 м.

По данным Управления по недропользованию по Омской области [1] на апт-сеноманский водоносный комплекс покурской свиты на территории Русско-Полянского района было пробурено 98 скважины, по данным территориального фонда геологической информации по Омской области – 114 (таблица 2).

Таблица 1 Основные показатели водоснабжения из подземных источников в Русско-Полянском районе Омской области

Таблица 2 Количество глубоководных скважин, пробуренных на территории Русско-Полянского района Омской области

Последние две глубоководные скважины пробурены в 2000 году в селе Калинино. За период с 2001 по 2021 год года на территории района не было построено ни одной скважины; в 2017 году в с. Калинино отремонтирована одна скважина. В настоящий момент действующих осталось 38 скважин в 28 населенных пунктах. Из 114 скважин ликвидировано и снято с учета 32 скважины, по 44 глубоководным скважинам нет информации.

Причина выхода из строя скважины на воду, кроется не только в естественном износе сооружения, но и в низком уровне эксплуатации сооружений, отсутствии квалифицированного обслуживания скважин. Любая водяная скважина, как сооружение, с момента строительства, должна обладать высоким уровнем свойства, которое называется «безопасность эксплуатации» (БЭВС) [4, 6]. Установлено, что все информационные области требуют изучения. Самую низкую оценку получили основополагающие для продления жизненного цикла скважин ионформационные области: нормативная (12%) и эксплуатационная (13%). Это является следствием отсутствия отрасли «бурения скважин на воду» как таковой. Нет отрасли – нет нормативной базы, нет подготовки специалистов. Данная оценка подтверждается фотоматериалами и собранной информацией по водозаборам.

Всего обследовано 38 скважинных водозаборов. Обследованные водозаборы в р.п. Русская Поляна являются типичными представителями всех водозаборов района. Из скважины осуществляется неконтролируемый водоотбор, что противоречит лицензионному соглашению на пользование недрами. Водозаборы содержатся в антисанитарных условиях, не имеют зоны санитарной охраны, что противоречит требованиям СанПиН 2.1.3684-21, СанПиН 2.1.4.1110-02 [8,16]. Результаты обследования показали полное отсутствие обслуживания водозаборов, несоблюдение правил эксплуатации.

Для определения доброкачественности источников водоснабжения исследуемого района выполнен анализ протоколов испытаний проб воды, выполненных аккредитованной испытательной лабораторией Филиала ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии» в Омской области в различные годы, включая показатели воды при сдаче скважин.

По полученным данным выяснено, что имеется превышение допустимого значения по следующим показателям: цветность, содержание хлоридов, железа, сухого остатка, аммиака, что недопустимо в соответствии с требованиями СанПиН 1.2.3685-21 (таблица 3). Рассчитан процент соответствия подземных источников требованиям СанПиН [9] по изученным показателям.

Таблица 3 Результаты испытаний качества воды из скважин Русско-Полянского района Омской области

Руководствуясь Письмом Роспотребнадзора от 28 октября 2008 года № 07-3ФЦ/5219 можно уверенно утверждать, что источники водоснабжения Русско-Полянского района не обладают свойством доброкачественности. Таким образом, для всех водозаборов подземных вод в Русско-Полянском районе требуются станции водоподготовки. Ситуацию усугубляет тот факт, что анализы воды отбираются не регулярно и не по всем необходимым показателям (например, нет ни одного анализа на радиологию). Это свидетельствует об отсутствии системы мониторинга за подземными водами.

Подбор технологии водоподготовки выполнено на основании анализов подземных вод ближайшего водозабора – скважины № 95-370 д. Тогунас. Проектируемый водоисточник относится к 3 классу, для которого требуется водоподготовка в обязательном порядке с корректировкой следующих показателей: мутность, цветность, привкус, железо, хлориды, сухой остаток, аммиак. Подбор базовой технологии водоподготовки был выполнен по алгоритму в соответствии с рекомендациями принятого нормативного документа [17].

В связи с тем, что качество подземного источника оценено только в отношении небольшого количества показателей и характеризуется высокой минерализацией, повышенным содержанием железа и солесодержанием (хлориды), нет подтвержденной информации по другим загрязнениям, в том числе и антропогенным, то применение общего классификатора с целью подбора технологических решений может использоваться частично. Поскольку подземная вода отличается повышенной минерализацией, то важным моментом является подбор технологии опреснения воды.

В рамках настоящей работы принята технология водоподготовки, основанная на использовании обратного осмоса. Принятая технология водоподготовки апробирована в Новосибирской области. Станция водоподготовки работает в автоматическом режиме без постоянного присутствия персонала, оборудована локальными системами автоматизации и внутренним силовым электрооборудованием.

Дополнительно был выполнен экономический расчет окупаемости проекта, предложены мероприятия по соблюдению энергоэффективности при строительстве и эксплуатации водозабора и обозначены проблемы в предэксплуатационный период.

Основные выводы:

1. Визуальное обследование состояния водозаборов подземных вод в населенных пунктах Русско-Полянского района Омской области и анализ существующей технической, эксплуатационной документации на действующие сооружения показал низкий уровень безопасности эксплуатации, недостаточную квалификацию и компетентность обслуживающих компаний, аварийное состояние и постепенный выход из строя глубоководных скважин из-за естественного износа материалов и неправильной эксплуатации.
2. Качество подземных вод Русско-Полянского района Омской области, добываемых из глубоководных скважин и используемых для питьевого водоснабжения, не соответствует питьевым нормам и их применение в хозяйственно-питьевых целях допустимо только после водоподготовки.
3. Разработанные рекомендации по реконструкции водозабора подземных вод носят практический характер. Данные мероприятия позволят восстановить систему водоснабжения в конкретном селе и обеспечить население питьевой водой в полном объеме.

Таким образом, выполненная работа показала, что все скважинные водозаборы Русско- Полянского района нуждаются в реконструкции или капитальных ремонтах. Разработанные рекомендации по реконструкции водозабора подземных вод в с. Хлебодаровка являются социально значимыми, так как позволят улучшить ситуацию с питьевым водоснабжением, что, безусловно, повлияет на уровень жизни населения в целом.

Список литературы

1. Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Омской области: официальный сайт. 2021. URL: http://omsk.gks.ru. (дата обращения: 10.05.2021).
2. Kondratyeva Т.L., Ushakova I.G., Trotsenko I.А., Korchevskaya Yu.V., Gorelkina G.А. Analysis of water supply sources in Kormilov district of Omsk region // IOP: Earthand Environmental Science. 2021. No 659(1). P. 012129.
3. Kondratyeva T.L., Ushakova I.G., Korchevskaya Y.V., Trotsenko I.A., Gorelkina G.A. Water supply of Azovsky Nemetsky (German) National District in the Omsk Region: present-day situation, problems and outlook // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 745. Is. 1. P. 012008.
4. Кондратьева Т.Л., Кныш А.И., Шлёкова И.Ю. Аспекты водоснабжения из подземных источников (на примере Омского Прииртышья) // Теория и практика современной аграрной науки: сб. III Нац. (всерос.) науч. конф. с междунар. участием (г. Новосибирск, 28 февр. 2020 г.) / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Новосибирск: Золотой колос, 2020. Т. 3. С. 677-681.
5. Кондратьева Т.Л., Ушакова И.Г. Водозаборная скважина как источник экологического риска // Инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях ИПиЗЧС-2020: материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. Саратов, 2020. С. 113-117.
6. Кондратьева Т.Л., Попова В.В. Сохранение фонда водяных скважин как один из способов качественного водоснабжения сельских населенных пунктов и сельскохозяйственных предприятий // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2020. № 3(39). С. 207-223.
7. Кондратьева Т.Л., Ушакова И.Г. Проблемы достижения энергоэффективности скважинных водозаборов в предэксплуатационный период // Водные ресурсы – основа глобальных и региональных проектов обустройства России, Сибири и Арктики в XX веке: Сб. ст. нац. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Тюмень, 2021. С. 70-74.
8. CанПиН 2.1.3684-21 «Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий»/ [электронный ресурс] // КОДЕКС: электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL: https://docs.cntd.ru/document/573536177 (дата обращения: 03.05.2021).
9. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» [электронный ресурс] // КОДЕКС: электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. URL: https://docs.cntd.ru/document/573500115 (дата обращения: 03.05.2021).
10. Государственная геологическая карта Российской Федерации Лист N-43-XX. - [электронный ресурс]// ФГБУ «ВСЕГЕИ»: официальный сайт. 2021. URL: http://www.geolkarta.ru/list_200.php?idlist=N- 43-XX (дата обращения: 11.02.2021).
11. Государственная геологическая карта Российской Федерации Лист N-43-XXI [электронный ресурс]// ФГБУ «ВСЕГЕИ»: официальный сайт. 2021. URL: http://www.geolkarta.ru/list_200.php?idlist=N- 43-XXI (дата обращения: 11.02.2021).
12. Экологический паспорт Омской области [Электронный ресурс] //Правительство Омской области: официальный сайт. 2021. URL: http://mpr.omskportal.ru/ru/RegionalPublicAuthorities /executivelist/MPR/pravaya-kolonka/ecopasport.html (дата обращения: 10.05.2021).
13. Федеральное агентство по недропользованию. Омский филиал ФБУ «ТФГИ по Сибирскому федеральному округу»: официальный сайт. 2021. URL: http://www.omsktfi.ru/informatsionnye- resursy/kadastry-mestorozhdenij/49-2010-03-22-05-32-09.html (дата обращения: 10.10.2021).
14. Горелкина Г.А. Водозаборные сооружения поверхностных и подземных вод [http://e.lanbook.com]: учебное пособие. Омск: ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, 2014. 124 с.
15. СП 31.13330.2021. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*). Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. URL: https://minstroyrf.gov.ru (дата обращения: 16.01.2024)
16. СанПиН 2.1.4.1110-02. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения. Москва: Минздрав России, 2002. С. 13.
17. Справочник перспективных технологий водоподготовки и очистки воды с использованием технологий, разработанных организациями оборонно-промышленного комплекса и учетом оценки риска здоровью населения [электронный ресурс] // Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации: официальный сайт. 2021. URL: https://minstroyrf.gov.ru/docs/18725/ (дата обращения: 03.05.2021).