К вопросу о снабжении населения села Мильково Камчатского края питьевой водой

УДК 556.38

Б.А. Опрышко, Ю.Н. Фиронов, В.А. Швецов, О.А. Белавина, М.П. Гузь

К ВОПРОСУ О СНАБЖЕНИИ НАСЕЛЕНИЯ СЕЛА МИЛЬКОВО КАМЧАТСКОГО КРАЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ

В статье исследуются причины снижения дебита разведочно-эксплуатационных скважин участка «Амшарикский-1» Мильковского месторождения питьевых подземных вод, которые используются для водоснабжения села Мильково Камчатского края. Приводится обоснование выбора участка «Амшарик» Мильковского месторождения питьевых подземных вод в качестве источника водоснабжения села Миль-ково. Предлагается применение телеметрической системы для удаленного контроля уровней подземных вод на участке «Амшарик» Мильковского месторождения.

Ключевые слова: водоснабжение, разведочно-эксплуатационная скважина, дебит, насос, водоносный комплекс, водозабор, мониторинг, датчики-регистраторы, телеметрическая система.

B.A. Opryshko, Y.N. Fironov, V.A. Shvetsov, O.A. Belavina, M.P. Guz

ON SUPPLYING THE POPULATION OF MILKOVO VILLAGE IN KAMCHATKA KRAI WITH DRINKING WATER

The article explores the reasons for the decrease in the flow rate of the exploration and production wells of the "Amshariksky-1" area of the Milkovo drinking groundwater deposit. This area is used for water supply for Milkovo village in Kamchatka Krai. The rationale for selecting the "Amsharik" area of the Milkovo drinking groundwater deposit as a source of water supply for Milkovo village is presented. A telemetric system for remote monitoring of groundwater levels in "Amsharik" is proposed.

Key words: water supply, exploration well, production rate, pump, aquifer complex, water field, monitoring, sensors-recorders, telemetry system

DOI: 10.17217/2079-0333-2018-44-14-20

Введение

Водное законодательство рассматривает водные объекты в качестве основы жизни и деятельности человека [1].

Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года рассматривает обеспечение гарантированного доступа населения России к качественной питьевой воде как задачу общегосударственного масштаба [2].

Паспорт Государственной программы Камчатского края «Энергоэффективность, развитие энергетики и коммунального хозяйства, обеспечение жителей населенных пунктов Камчатского края коммунальными услугами» и его подпрограмма «Чистая вода в Камчатском крае» ставят задачу по обеспечению населения Камчатского края питьевой водой, соответствующей требованиям санитарного законодательства и рациональному использованию водных объектов [3]. Обозначенные направления социально-экономического развития Камчатского края придают данному направлению исследования особую актуальность.

Приборы и методы исследования

При проведении гидрогеологических работ использовались следующие виды исследования:

1. Измерение дебита эксплуатационных, поисково-разведочных и наблюдательных скважин.

2. Измерение уровней подземных вод.

3. Отбор проб воды для химического и микробиологического анализа.

Соответственно использовались методы наблюдения, измерения, анализа [4].

Дебиты эксплуатационных скважин измерялись водомерными счетчиками типа СКВ и ВМХ.

Для измерения дебитов поисково-разведочных и наблюдательных скважин использовался мерный сосуд объемом 100 л и механический секундомер.

Измерения уровней подземных вод в скважинах производились тремя приборами:

1. Избыточные напоры в скважинах измерялись деформационным образцовым манометром класса точности 0,4.

2. Уровни воды ниже поверхности земли измерялись электроуровнемером собственного изготовления.

3. На контрольных (наблюдательных скважинах) устанавливались автономные датчики-регистраторы уровней и температуры воды Solinst 3001LT levelogger edge.

4. Барометрическая компенсация датчиков levelogger производилась c использованием результатов показаний регистратора атмосферного давления Solinst 3001 barologger edge при помощи программного обеспечения Solinst.

Исследование характеристик группового подземного водозабора села Мильково

Камчатского края

В с. Мильково Камчатского края проживает 8 251 человек. Действующий групповой подземный водозабор «Центральный» расположен в зоне застройки с. Мильково и состоит из пяти разведочно-эксплуатационных скважин глубиной от 55 до 110 м. Расположение разведочно-эксплуатационных скважин в с. Мильково отмечено на снимке со спутника, заимствованного из программы SAS Планета (http//sasgis.org/) и представлено на рис. 1.

Рис. 1. Разведочно-эксплуатационные скважины села Мильково

Водозабор способен выдать не более 1 608 мЗ/сут воды. Нормативное водопотребление на одного человека - 200 л воды в сутки (общий объем нормативного водопотребления -1 719 мЗ/сут). Таким образом, суточный дефицит воды составляет 111 м3. При этом отмечается устойчивое снижение дебита скважин. Две скважины водозабора «Центральный» выведены из эксплуатации по причине значительного снижения дебита и ухудшения качества воды.

С декабря 2016 г. КГУП «Камчатский водоканал» принял в эксплуатацию системы водоснабжения Мильковского района.

Специалистами предприятия была проведена оценка состояния водозаборных сооружений с. Мильково и выявлены следующие проблемы:

1. Устойчивое снижение дебита скважин водозабора «Центральный».

2. Частые поломки водоподъемного оборудования - скважинных насосов.

3. Подземные воды соответствуют требованиям, предъявляемым для питьевого водоснабжения, но содержат песок, превышающий количество для безопасной работы погружных скважинных насосов (свыше 50 г на 1 м3).

4. Подъем воды осуществляется наземными насосами, отличающимися низким КПД работы.

5. Две скважины водозабора выведены из эксплуатации.

6. Отсутствуют режимные наблюдения за состоянием добываемых подземных вод.

Исследования гидрогеологических характеристик участка «Амшарикский-1» Мильковского месторождения питьевых подземных вод

В декабре 2016 г. специалистами «Камчатского водоканала» организован мониторинг подземных вод участка «Амшарикский-1», проведены откачки и выпуски из скважин с целью изучения гидрогеологических характеристик водоносных горизонтов [5]. Изучены характеристики водовмещающих горных пород по материалам, предоставленным Камчатским филиалом ФБУ «ТФГИ по ДВФО» (геологический фонд) [5, 6]. Для выявления причин резкого снижения дебита скважин была проанализирована гидрогеологическая обстановка в горных породах водозаборов с. Мильково. Геолого-гидрогеологический разрез этих горных пород представлен на рис. 2.

Рис. 2. Геолого-гидрогеологический разрез горных пород водозаборов села Мильково

Назначение и статус скважин, изображенных на геолого-гидрогеологическом разрезе горных пород:

- Амш. 1; Амш. 2 - участок «Амшарик» ММППВ, перспективный участок для строительства водозабора, законсервирован.

- № 193 - водоснабжение котельной и группы одноэтажных жилых домов.

- № 4; 9 - поисково-разведочные скважины участка «Амшарик» ММППВ используются для централизованного водоснабжения села (покрытие дефицита воды).

- № 16-282 - водоснабжение центральной котельной.

- № 21-57; 16-96; 21-40; 16-283; 16-11; 16-281 - скважины водозабора «Центральный» участка «Амшарикский-1» для централизованного водоснабжения села.

По результатам проведенных наблюдений и исследований дано заключение о невозможности дальнейшей эксплуатации водозабора «Центральный» участка «Амшарикский-1» по следующим причинам:

1. Водозабор расположен в пределах жилой застройки с. Мильково, что не позволяет выполнять требования, предъявляемые к зонам санитарной охраны водозаборов питьевых подземных вод.

2. Водоносный горизонт в интервале глубин от 65 до 100 м представлен чередованием супесей, суглинков и мелкозернистых песков. В пределах водоносного горизонта отмечены прослои пылеватого (илистого) песка - «плывуна», приводящие к постепенной механической коль-матации фильтров эксплуатационных скважин и, как следствие, снижению их дебита до нуля.

3. Наличие песка в добываемой воде делает невозможным использование погружных насосных агрегатов из-за быстрого износа гидравлической части насоса.

4. Использование существующего способа подъема воды из скважин насосами наземного расположения неэффективно ввиду значительного понижения уровня воды в скважинах.

5. Подземные воды участка «Амшарикский-1» не разведаны. Этот факт не позволяет гарантировать надежность водозабора как источника водоснабжения по 1 -й категории.

Для оценки степени деградации водозабора «Центральный» и перспективы его возможного использования, основываясь на результатах испытаний скважин на период их бурения и ввода в эксплуатацию, результатах наблюдений за состоянием подземных вод в период 2016-2017 гг., авторы построили график зависимости дебита скважин водозабора «Центральный» по годам, представленный на рис. 3.

50

48

Рис. 3. График, демонстрирующий снижение дебита скважин водозабора «Центральный»

В таблице приведены характеристики скважин водозабора «Центральный» участка «Амша-рикский-1», используемые для централизованного водоснабжения с. Мильково.

Характеристика рабочих параметров скважин водозабора «Центральный»

Объект, Назначение Номерскважины год бурения О м3 / час , , -а, м / час Б, м На момент опробования после бурения* Декабрь 2016, дебит м3/час Октябрь 2017, дебит м3/час Уровни, м статичтический -X динамический х О м3 / час

Водозабор «Центральный», Водоснабжение села Мильково 21-57 1977 59,7625,92 2,31 Законсервирована Нет сведений Законсервирована Нет сведений +7,54 нет сведений

21-40 1976 44 64 '1 11 ^ Законсервирована Нет сведений Законсервирована Нет сведений 1,2

40,0 ' нет сведений

16-96 1980 12,520,4 31,3 1,9 1,9 +050,037 51

16-11 1980 34 92 34,1,116 40,0 24 15 ±691,2 5

16-283 1986 39,96 „ „„ —2—4,43 9,0 24 24 +6,061,86 9

16-281 1985 39,961,332 29,7 32 32,4 +6,77 3,38 2,81

*Сведения из учетных карточек буровых скважин, предоставленных Росгеолфондом.

Основной причиной возникновения дефицита воды в 2017 г. стало отсутствие многолетних режимных наблюдений за состоянием подземных вод. При их наличии было бы возможно прогнозировать снижение дебита разведочно-эксплуатационных скважин. Таким образом, проведенные в 2017 г. научные исследования констатируют факт деградации водозабора.

Обоснование выбора участка «Амшарик» Мильковского месторождения питьевых подземных вод в качестве источника водоснабжения села Мильково

Возникший в 2017 г. дефицит воды для водоснабжения с. Мильково покрывается за счет подачи воды с перспективного участка «Амшарик» Мильковского месторождения питьевых подземных вод, лицензию на который КГУП «Камчатский водоканал» получил в апреле 2017 г. с целью добычи подземных вод для питьевого водоснабжения населения и технологического обеспечения водой объектов промышленности с. Мильково в Камчатском крае в объеме до 5 тыс. м3/сут.

Участок «Амшарик» Мильковского месторождения питьевых подземных вод находится в Мильковском районе Камчатского края и расположен на северо-западной окраине с. Мильково в междуречье рек Амшарик и Мильковка (рис. 1). Поисково-разведочные работы были выполнены Быстринской партией Паратунской гидрогеологической экспедиции ГГП «Камчатгеология» в период с июля 1991 по май 1992 гг. [5].

Для эксплуатации перспективного водозабора «Амшарик» выбрана нижняя часть водо-обильного комплекса (аОТ) нижне-среднечетвертичных аллювиально-озерных отложений (ниже глубины 120 м), представленная гравийно-галечными отложениями, заполненными крупным и средним песком, имеющим наилучшие фильтрационно-емкостные свойства. Ниже глубины 120 м в горных породах содержится минимальное количество суглинистых заполнителей и илистых песков, поэтому отсутствует риск механической кольматации фильтров. Состав горных пород и их геологические индексы представлены на рис. 2. Надежность сохранения однородности нижнечетвертичных отложений без риска попадания илистых песков-плывунов из верхнечетвертичного комплекса горных пород (аОТТТ) может быть обеспечена своеобразным буфером в интервале от 100 до 120 м, представленным среднечетвертичными отложениями (а^ТТ), содержащими тугопластичный суглинок с супесчано-песчаным заполнителем.

На участке перспективного водозабора поисково-разведочные и эксплуатационные скважины имеют избыточные напоры от плюс 3,11 до плюс 6,6 м. Скважины водозабора «Амшарик» расположены на семь метров выше комплекса водопроводных сооружений (резервуар чистой

воды, водопроводная насосная станция 2-го подъема). При подаче воды потребителю основное количество электроэнергии расходуется на преодоление высот, при значительной протяженности водопроводных сетей. Минусовая геодезия при подаче воды в Мильково с водозабора «Ам-шарик» позволит вывести из эксплуатации скважинный водозабор «Центральный» и существенно снизить расход электроэнергии.

Разработка сети наблюдательных постов-скважин за состоянием подземных вод с использованием телеметрической системы

Наиболее важным мероприятием при запуске перспективного водозабора, является организация режимных наблюдений за состоянием подземных вод. КГУП «Камчатский водоканал» в период с 2014 по 2018 гг. проводит работы по созданию автоматизированной наблюдательной сети (Быстринское и Елизовское месторождения 1111В, скважинные водозаборы «Нагорный», «Тундровый») [7-11]. В сентябре 2017 г. на участке «Амшарик» в скважине глубиной 160 м установлен автономный датчик-регистратор уровня и температуры воды, запрограммированный на регистрацию показаний в 6-00 и 18-00 ч (гидрологические минимум и максимум соответственно), работа регистратора запрограммирована до сентября 2018 г. Таким образом, в распоряжении специалистов появится необходимая информация о состоянии подземных вод за предэксплуатаци-онный период. При запуске месторождения в эксплуатацию автоматизированная наблюдательная сеть будет увеличена до трех наблюдательных постов-скважин, измерение водоносного комплекса в трех горизонтах - до 60 м, до 110 м и до 160 м. На наблюдательной скважине глубиной 160 м планируется применить работу датчика-регистратора с телеметрической системой LevelSender. Телеметрия LevelSender представляет собой систему, предназначенную для беспроводной передачи данных от регистраторов данных Solinst, с помощью сотовой связи GSM на Главный ПК в офис получателя в виде почтовых (Email) и текстовых (SMS) сообщений.

Заключение

Применение телеметрической системы мониторинга позволит специалистам КГУП «Камчатский водоканал» контролировать уровни подземных вод на Мильковском месторождении, находясь в Петропавловске-Камчатском, создать архив гидрогеологических данных, необходимых для подготовки в будущем проекта по пересчету запасов питьевых подземных вод участка «Амшарик». Непрерывный мониторинг подземных вод исключит повторение ошибок эксплуатации водозабора «Центральный» (участок «Амшарикский-1»).

Литература

1. Водный Кодекс: федер. закон № 74-ФЗ от 03.06.2006 [Электронный ресурс]. - URL: http:// www.consultant.ru

2. Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 г.: распоряж. Правительства Российской Федерации № 1235-р. от 27 августа 2009 г. [Электронный ресурс]. - URL: http:// www.consultant.ru

3. Энергоэффективность, развитие энергетики и коммунального хозяйства, обеспечение жителей населенных пунктов Камчатского края коммунальными услугами и услугами по благоустройству территорий на 2014-2018 годы: гос. программа Камчатского края (в ред. Постановления Правительства Камчатского края от 30.04.2014 № 204-П) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.kamgov.ru

4. Лебедев А.В., Семёнов С.М., Чалидзе Ю.Б. Организация и производство наблюдений за режимом уровня, напора и дебита подземных вод (методические рекомендации). - М.: МинГео СССР. - 1985.

5. Отчет о результатах детальных поисков для водоснабжения с. Мильково с предварительной разведкой участка «Амшарик», проведенных в 1991-1992 гг. (с подсчетом эксплуатационных запасов по состоянию на 1.08.1992 г.) / В.В. Печенюк, В.Г. Охапкин; Комитет Российской Федерации по геологии и использованию недр. Комитет по геологии и использованию недр Камчатской области. Государственное геологическое предприятие «Камчатгеология». Паратунская гидрогеологическая экспедиция.

6. Отчет по пересчету запасов питьевых подземных вод участка «Амшарик» Мильковского месторождения 1111В по результатам опытно-промышленной эксплуатации 2012-2014 г.г. (по состоянию на 01.11.2014 г.) / И.Н. Чебыкин; Общество с ограниченной ответственностью «Недра».

7. Создание стратегического резерва питьевой воды на базе Быстринского месторождения подземных вод / Б.А. Опрышко, В.А. Швецов, О.Е. Петренко, О.А. Белавина // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: материалы V Всерос. науч.-практ. конф. (25-27 марта 2014 г.) / отв. за вып. Н.Г. Клочкова. - Ч. II. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2014. - 153 с.

8. Оптимизация сети наблюдательных пунктов для изучения режима питьевых подземных вод Быстринского месторождения / Б.А. Опрышко, В.А. Швецов, Ю.Н. Фиронов, Д.А. Цыганов, О.А. Белавина // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: материалы VI Всерос. науч.-практ. конф. (24-26 марта 2015 г.) / отв. за вып. Н.Г. Клочкова. - Ч. I. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2015. - 164 с.

9. Опрышко Б.А., Швецов В.А., Белавина О.А. Повышение эффективности мониторинга подземных пресных вод Быстринского месторождения // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (22-24 марта 2016 г.): в 2 ч. / отв. за вып. В.И. Карпенко. -Ч. II. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2016. - 146 с.

10. Оголовок наблюдательной самоизливающейся скважины: пат. 164052 Рос. Федерация, U1 МПК Е21В 33/068 (2006.01) /Б.А. Опрышко, В.А. Швецов, А.П. Лях, А.Б. Опрышко, О.А. Белавина; патентообладатель ФГБОУ ВПО «Камчат. гос. техн. ун-т». - Заявка № 2016108412/03; заявл. 09.03.2016. - Опубл. 20.08.2016, Бюл. № 23.

11. Оголовок самоизливающейся скважины: пат. 175833 Рос. Федерация, U1 МПК Е21В 33/00 (2006.01) / Б.А. Опрышко, В.А. Швецов, А.П. Лях, В.П. Помазкин, Р.С. Косиненко, О.А. Белавина; патентообладатель ФГБОУ ВО «Камчат. гос. техн. ун-т». - Заявка № 2017112553/03; заявл. 12.04.2017. - Опубл. 21.12.2017, Бюл. № 36.

Информация об авторах Information about the authors

Опрышко Борис Алексеевич - Камчатский водоканал; 683009, Россия, Петропавловск-Камчатский; главный технолог по воде; BAOpryshko@pkvoda.ru

Opryshko Boris Alekseevich - Kamchatsky Vodokanal; 683009, Russia, Petropavlovsk-KamchatskY; Chief Water Process Engineer; BAOpryshko@pkvoda.ru

Фиронов Юрий Николаевич - Камчатский водоканал; 683009, Россия, Петропавловск-Камчатский; ведущий гидрогеолог; UNFironov@pkvoda.ru

Fironov Yury Nikolaevich - Kamchatsky Vodokanal; 683009, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Leading Hydrogeologist; UNFironov@pkvoda.ru

Швецов Владимир Алексеевич - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; доктор химических наук, доцент, профессор кафедры энергетических установок и электрооборудования судов

Shvetsov Vladimir Alekseevich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Doctor of Chemical Sciences, Docent, Professor of Power Plants and Electrical Equipment of Ships Chair, Kamchatka State Technical University

Белавина Ольга Александровна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; специалист отдела науки и инноваций.

Belavina Olga Aleksandrovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; Specialist in Technical and Scientific Information of Science and Innovation Department

Гузь Марина Павловна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; специалист отдела науки и инноваций

Guz Marina Pavlovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky; Specialist in Technical and Scientific Information of Science and Innovation Department