Примеры сокращения зон санитарной охраны
подземных водозаборов

Сокращение размеров ЗСО подземного водозабора в ряде случаев обусловлено условиями землепользования и может являться необходимым условием для обеспечения централизованного питьевого водоснабжения. Однако размеры ЗСО не должны сокращаться необоснованно, поскольку это может привести к нанесению серьезного ущерба жизни и здоровью населения.

Можно выделить четыре основных подхода для сокращения размеров ЗСО: 1) учесть защищенность подземных вод, 2) уточнить параметры водоносного горизонта, 3) изменить режим работы водозабора, 4) запланировать мероприятия по недопущению загрязнения. Эти подходы могут применяться как выборочно, так и совместно. Остановимся более подробно на возможных способах сокращения ЗСО.


1. Учет защищенности подземных вод для сокращения ЗCО

О том, какие водоносные горизонты можно отнести к защищенным, а также как оценить защищенность подземных вод, было подробно описано на предыдущей странице.

Алгоритм сокращения размеров 1 и 2 поясов ЗСО для защищенных подземных вод обозначен в нормативных документах и в рекомендациях. Так, если водозаборная скважина эксплуатирует защищенный водоносный горизонт, то размер 1-го пояса ЗСО может быть сокращен с 50 м до 30 м, а расчетное время 2-го пояса ЗСО с 400 сут до 100 или 200 сут, в зависимости от климатических условий.

Если скважина эксплуатирует первый от поверхности горизонт, зона аэрации которой сложена слабопроницаемыми отложениями, то возможно обосновать перевод этого водоносного горизонта из недостаточно защищенного в защищенный. Для этого используется качественный метод оценки защищенности Гольдберга или количественный расчетный метод.

Для глубоких напорных водоносных горизонтов возможно сокращение размеров 3 пояса ЗCО. Для этого необходимо оценить время миграции потенциального загрязнения через водоупорную толщу. Тогда расчетное время для 3 пояса ЗСО будет составлять разницу между проектным временем эксплуатации водозабора (обычно 25 лет) и временем миграции загрязнения с поверхности через водоупор.

Пример №1. Сокращение 1 пояса ЗСО грунтового водоносного горизонта

Водозаборная скважина была пробурена в 35 м от границы земельного участка недропользователя. Скважина эксплуатирует первый от поверхности (безнапорный) водоносный горизонт. Глубина до статического уровня воды составляет 14 м, а годовая амплитуда не превышает 1.5 м. Водоносный горизонт сложен песками. В зоне аэрации присутствуют слабопроницаемые прослои глин (см. таблицу). При разработке проекта ЗСО выяснилось, что 1-й пояс ЗСО не может быть организован на территории недропользователя, поскольку для безнапорного горизонта его радиус назначается равным 50 м, а расстояние от скважины до границы участка составляет всего лишь 35 м. В таких условиях пояс строгой охраны выходил бы за границы земельного участка недропользователя.

Было принято решение рассмотреть степень защищенности безнапорного горизонта ввиду того, что по данным бурения в зоне аэрации встречаются слабопроницаемые прослои глин (см. таблицу).

Для расчета защищенности использовались уравнения (1) и (2). Принятые параметры для расчета также приведены в таблице. Величина инфильтрационного питания (W) принята равной 0.0003 м/сут.

Результаты расчета показывают, что время миграции инертного загрязнителя через зону аэрации составляет 1293 сут. Поскольку расчетное время более 400 сут, то грунтовый водоносный горизонт можно считать защищенным и сократить 1-й пояс с 50 м до 30 м (см. рисунок).

Расчет защищенности подземных вод

Пример №2. Сокращение 3 пояса ЗСО напорного (артезианского) водоносного горизонта

Водозабор эксплуатирует напорный водоносный горизонт, сложенный песками. Эксплуатируемый пласт перекрыт сверху выдержанной пачкой глин мощностью 20 м (см. Рисунок). При бурении скважины было отмечено, что уровень воды в верхнем горизонте установился на глубине 3 м от поверхности, а в нижнем горизонте — на глубине 10 м. По архивным данным также известно, что годовая амплитуда колебаний уровня первого от поверхности горизонта составляет 1 м. Расход водозабора составил 1000 м3/сут. Коэффициент фильтрации горизонта 10 м/сут, активная пористость 0.2 м33 (т.е. 20% ). В качестве вертикального перепада напоров (dH) принята разница отметок между уровнем воды в верхнем пласте и кровлей водоупора (см. рисунок). Предполагается, что при эксплуатации водозабора уровень в нижнем пласте не опустится ниже кровли водоупора.

Расчет
Шаг 1. Обоснование параметров. Специальных исследований по определению коэффициента фильтрации водоупора не проводилось. Поэтому для расчетов приняты справочные значения (см. таблицу).
Шаг 2. Расчет времени миграции через водоупорный слой проводим по формуле (см. рисунок).
Шаг 3. Для определения 3-го пояса ЗCО используют расчетное время, которое равно разнице времени проектной эксплуатации водозабора и времени миграции загрязнения через водоупор (tв). В нашем случае проектный срок эксплуатации водозабора составляет 9125 сут. (25 лет), значит, для расчета 3-го пояса ЗСО нужно использовать время t = 9125—6452 = 2673 сут.
Шаг 4. Рассчитываем сокращенный контур ЗСО аналитическим методом.

Пример сокращения 3 пояса ЗСО


2. Уточнение гидрогеологических параметров для сокращения размеров ЗСО

Поскольку размеры 2-го и 3-го поясов подземного водозабора устанавливаются гидродинамическими расчетами, то очевидно, что их геометрия определяется параметрами, заложенными в расчет. Поэтому альтернативным подходом к сокращению размеров ЗСО может быть более углубленное обоснование в проекте исходных параметров. Как правило, специалисты при разработке проекта ЗСО испытывают резкий дефицит исходной информации и вынуждены использовать в своей работе справочную информацию или данные по объекту-аналогу. В качестве мероприятий по обоснованию параметров для расчета ЗСО можно порекомендовать следующие:

— камеральные работы по поиску в геологических фондах и архиве недропользователя отчета, по оценке запасов подземных вод. Как правило, в таких отчетах приводится исчерпывающая информация о геологическом разрезе, структуре потока подземных вод и фильтрационных свойствах пласта;
— полевые работы по уточнению фильтрационных параметров. Как правило, такие работы предполагают проведение опытно-фильтрационных опробований на существующей скважине для последующей интерпретации данных и расчета коэффициента фильтрации пласта. При отсутствии геологической колонки скважины для уточнения разреза проводят геофизические исследования в стволе скважины или бурят дублирующую инженерно-геологическую скважину;
— полевые работы по уточнению направления и градиента потока подземных вод. Для этого необходимо найти на местности и провести замеры уровней воды как минимум в трех наблюдательных скважинах, оборудованных на эксплуатируемый горизонт. Далее методом треугольника определить градиент и направление потока подземных вод;
— лабораторные работы по определению активной пористости водоносного горизонта. Данные работы относятся к специальным видам работ и могут быть выполнены в научных и исследовательских организациях.

Однако необходимо учитывать тот факт, что проведение дополнительных изысканий на объекте не гарантирует на 100 % сокращение размеров ЗСО, поскольку уточненное значение параметра может привести, наоборот, к увеличению размера зоны санитарной охраны. Влияние расчетных параметров на размер и геометрию ЗСО подземного водозабора обобщено на рисунке ниже.

Как параметры влияют на размер ЗСО

Пример №3. Уточнение гидрогеологических параметров для сокращения ЗСО
Подземный водозабор оборудован вблизи реки на аллювиальные отложения (безнапорный водоносный горизонт). Расстояние от водозабора до реки составляет 70 м. Коэффициент фильтрации вмещающих пород составил 30 м/сут, мощность вмещающих пород 15 м, а активная пористость 0.25м33 (т.е. 25% ). Поток подземных вод направлен к реке с градиентом 0.001 м/м. Обосновано проектное водопотребление 130 м3/сут.
Расчет.
Во время разработки проекта выяснилось, что 3-й пояс ЗСО замыкается на реку. Данный вывод вытекает из простой проверки на соотношение параметров по условию (см. ниже)

Условие замыкания ЗСО на реку

Для условий нашей задачи получаем: 3.14 × 70 м × 30 м/сут × 15 м × 0.001 м/м = 98.9 м3/сут. Поскольку расчетная величина оказалась меньше расхода водозабора, то можно с уверенностью утверждать, что 3-й пояс ЗСО замкнется на поверхностный водоток.
В таком случае, согласно действующему законодательству, необходимо организовать пояса ЗСО не только для подземного водозабора, но и для поверхностного водотока. Быстрый анализ ситуации показал, что во 2-й и 3-й пояс ЗСО поверхностного водотока будут попадать промышленные объекты, которые не должны в них располагаться.

Для обоснования сокращения 3-го пояса ЗСО были выполнены дополнительные изыскания, которые включали в себя бурение двух наблюдательных пьезометров по направлению от скважины к реке, а также проведение опытно-фильтрационных работ. По результатам интерпретации откачек был уточнен коэффициент фильтрации аллювиальных отложений, который составил 35 м. В пробуренных пьезометрах были измерены статические уровни воды, что позволило рассчитать фактический градиент потока подземных вод от скважины по направлению к реке. Было установлено, что фактический градиент естественного потока составляет 0.003 м/м.

Проведем повторную оценку по формуле (1), но уже с уточненными параметрами:
3.14 × 70 м × 35 м/сут × 15 м × 0.003 м/м = 346.19 м3/сут.

Рассчитанная величина оказывается больше заявленной водопотребности. Это означает, что 3-й пояс ЗСО с уточненными параметрами не будет замыкаться на поверхностный водоток и можно ограничиться ЗСО только для подземного водозабора.
Границы 3-го пояса ЗСО для первоначального варианта и с уточненными параметрами приведены на рисунке.

Сокращение ЗСО у Реки

Пример №4. Уточнение гидрогеологических параметров для сокращения ЗСО
Пригородный водозабор подземных вод эксплуатирует напорный водоносный горизонт мощностью 10 м. Для водозабора был разработан и утвержден проект ЗСО. Разработчики проекта использовали объемный метод (см. круг на картинке ниже) при расчете ЗСО. Использовались следующие параметры: расход 1000 м3/сут, активная пористость 0.3 м33 (т.е. 30% ), мощность горизонта 10 м. Утвержденные границы 3-го пояса ЗСО в виде окружности представлены на рисунке ниже.

В рамках государственной программы областная администрация осуществляла поиск подходящего места для строительства полигона твердых бытовых отходов (ТБО). Проведенные исследования показали, что оптимальным местом с точки зрения геологической защищенности, а также существующей инфраструктуры является участок, отмеченный на рисунке. Однако в ходе проведения предпроектных работ оказалось, что площадка под полигон ТБО располагается в 3-м поясе ЗСО подземного водозабора. Было принято решение рассмотреть возможность сокращения 3-го пояса ЗСО таким образом, чтобы площадка полигона ТБО не попадала в его границы.

Анализ гидрогеологических условий и материалов утвержденного ранее проекта показал, что площадка полигона ТБО располагается ниже по потоку подземных вод от водозабора, а проведенные ранее расчеты размеров ЗСО были сделаны по упрощенной схеме без учета градиента и направления потока грунтовых вод.

Уточняющие расчеты были проведены аналитическим методом. По карте гидроизогипс определялось направление потока и градиент подземных вод (0.001 м/м). Также в расчетах использовалось значение коэффициента фильтрации (25 м/сут), которое было взято из отчета по оценке запасов эксплуатируемого водозабора.

Результаты уточняющих расчетов представлены на рисунке. Хорошо видно, что учет структуры естественного потока подземных вод и фильтрационных свойств водоносного горизонта позволил более достоверно установить расположение 3-го пояса ЗСО в пространстве. При этом площадка проектируемого полигона ТБО перестала попадать в 3-й пояс ЗСО.

Сокращение ЗСО в месте расположения полигона ТКО


3. Внедрение мероприятий по недопущению загрязнения

Применительно к 1-му поясу ЗСО можно предположить, что, если схема водоподготовки включает индикацию загрязнения в реальном времени (биологическую) с использованием универсального метода снижения загрязнения (блок порошкового активированного угля — ПАУ), что является высоконадежным и эффективным решением при кратковременном значимом загрязнении, либо какие-то другие решения, обеспечивающие защиту от загрязнения химического и биологического, может быть предусмотрено значительное сокращение ЗСО 1-го пояса. По международной практике предельные значения ЗСО 1-го пояса при благоприятных условиях 10—15 м, при более консервативном подходе сокращение не более, чем в 2 раза от ранее установленных.

Также считаем, что в тех случаях, когда скважина размещена внутри пищевых предприятий, общественных зданий, в специально оборудованном, изолированном помещении, исключающем пребывание посторонних лиц, при этом здания и помещения оборудованы централизованной системой канализации с отведением сточных вод в систему бытовой и/или производственной канализации, с выпусками, расположенными за пределами 1-го и 2-го поясов ЗСО, возможно изменение границ и размеров пояса в сторону его сокращения до размеров и границ закрытого помещения.