Особенности водоснабжения поселений в зоне притяжения мегаполисов

УДК 628.1 DOI: 10.22227/1997-0935.2018.2.196-202

ОСОБЕННОСТИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПОСЕЛЕНИЙ В ЗОНЕ ПРИТЯЖЕНИЯ МЕГАПОЛИСОВ

П.А. Евдокимов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Мегаполис потребляет большое количество ресурсов, тем самым создавая дефицит потребляемых им ресурсов в зоне своего влияния. Главным образом, этому подвержены водные ресурсы. Населенный пункт, находящийся в тридцатикилометровой зоне вокруг мегаполиса, не может полноценно использовать схему водоснабжения за счет подземных вод. Интенсивный водоотбор для нужд мегаполиса приводит к образованию региональной воронки депрессии с образованием зон безнапорной фильтрации, что обусловлено высокой эксплуатационной нагрузкой. Предмет исследования: предметом исследования является изучение проблем водоснабжения в зоне притяжения мегаполисов.

Материалы и методы: использован метод интегральной оценки и анализ полученных данных. Результаты: выявлены основные преимущества и недостатки каждой из рассмотренных схем. Определенна необходимость создания единого интегрального метода оценки эффективности схемы водоснабжения, направленного на эффективное использование природных ресурсов в настоящей экологической и экономической ситуации. Выявлено, что описанные методы водоснабжения имеют различные характеристики, зависящие от географических, природных и социальных условий, в которых находится поселение. Оценку применимости того или иного метода необходимо проводить прежде всего на базе натуральных показателей, поскольку финансовые показатели являются производными от натуральных и часто носят субъективный характер.

В результате исследования была выявлена зона влияния мегаполиса, проведена оценка сложившейся ситуации в сфере водоснабжения на примере города Москвы и выявлено отсутствие универсальной системы оценки эффективности методов водоснабжения.

Выводы: проведен анализ основных методов водоснабжения поселений, находящихся в зоне притяжения больших городов, сформулированы особенности водоснабжения таких поселений, показано, что ни один из традиционных методов водоснабжения не является универсальным. Для выбора оптимального метода в конкретных условиях целесообразно разработать и применять обобщенные натуральные показатели, по которым будет определяться наиболее эффективный метод водоснабжения.

КлючЕВыЕ слоВА: водоснабжение, Новая Москва, рациональное водоснабжение, схемы водоснабжения, поверхностные воды, подземные воды, комбинированный метод водоснабжения, водохозяйственная деятельность на урбанизированных территориях

Для цитирования: Евдокимов П.А. Особенности водоснабжения поселений в зоне притяжения мегаполисов // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. Вып. 2 (113). С. 196-202.

FEATURES OF WATER SUPPLY OF SETTLEMENTS IN THE ZONE OF ATTRACTION OF MEGAPOLISES

<N

P.A. Evdokimov

¡^ Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU),

£ 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Л 10

PO

о

н

>*

О

Urbanization leads to the development of megacities. Three quarters of Russians live in large cities. Negative factors of urban habitation are environmental problems: air pollution, waste production, etc. Ecological problems of large cities stimulate relocation to the suburbs. Proximity to the megacity negatively affects the territories in its area of attraction. The greatest pollution of surface waters is observed in the central and Eastern regions. The maximum levels of pollution are recorded in the rivers Moskva, Oka and Klyazma. The settlements located downstream and within the area of influence of the metropolis are deprived of the use of surface water for drinking due to strong contamination.

Megapolis consumes a large amount of resources, thereby creating a deficit of resources consumed by it in the zone of its influence. Mainly, water resources are affected. A settlement located in the thirty kilometer zone around the metropolis can not fully use the scheme of water supply due to groundwater. Intensive water withdrawal for the needs of a megapolis leads to the formation of a regional depression cone with the formation of zones of gravity filtration, which is caused by a high operating load.

^ Subject: the subject of this research is the study of water supply problems in the zone of attraction of megalopolises.

I Materials and methods: the method of integrated assessment and analysis of the obtained data was used.

JJ Results: the article describes the problem of providing quality drinking water to settlements in the zone of attraction of big

q cities. It discusses the basic schemes of water supply. The main advantages and disadvantages of each of the considered

IQ schemes are revealed. A necessity to create a single integrated method for assessing the efficiency of the water supply

196 © П.А. Евдокимов

scheme, aimed at the efficient use of natural resources in the present environmental and economic situation, is revealed. It is shown that the described methods of water supply have different characteristics, depending on the geographical, natural and social conditions in which the settlement is located. Assessment of the applicability of a method should be carried out primarily on the basis of natural indicators, since financial indicators are derived from the natural indicators and are often subjective.

As a result of the research, the megacity influence zone was identified, assessment of the current situation in the water supply field was carried out on the example of the city of Moscow and the absence of a universal system for assessing the effectiveness of water supply methods was revealed.

Conclusions: an analysis of the main methods of water supply to settlements located in the zone of attraction of large cities was carried out, water supply peculiarities of such settlements are formulated, and it is shown that none of the traditional methods of water supply is universal. To select the optimal method under specific conditions, it is advisable to develop and apply the generalized natural indicators that will determine the most effective method of water supply.

KEY WORDS; water supply, New Moscow, rational water supply, water supply schemes, surface water, groundwater, combined water supply, water management in urban territories

FOR CITATION; Evdokimov P.A. Osobennosti vodosnabzheniya v zone prityazheniya megapolisov [Features of water supply of settlements in the zone of attraction of megapolises]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2018, vol. 13, issue 2 (113), pp. 196-202.

ВВЕДЕНИЕ

Урбанизация идет в сторону развития мегаполисов. Три четверти россиян проживают в городах. За 100 лет городское население России возросло почти в 11 раз (при общем росте населения страны в 2,2 раза). В европейской части России под влиянием каждого крупного города находится территория в 15 тыс. км2. В азиатской части страны этот показатель увеличивается до 25 тыс. км2 [1].

Отрицательными факторами городского обитания являются экологические проблемы: загрязнение воздуха выхлопными газами, отходами производства и т.д. Экологические проблемы больших городов стимулируют переселение в пригороды. Соседство с городом-мультимиллионером отрицательно сказывается на территориях в зоне его притяжения. В Московской области ежегодно образуется 10 млн т отходов, половину из которых поставляет столица, а это составляет 20 % общероссийских отходов.

В Московской области 76 городов, не учитывая подчиненные столице, 19 из которых имеют численность населения более 100 тыс. человек. По данным Росстата, численность населения Подмосковья составляет 7 318 647 чел., 80 % которых проживает в городах. Большинство городов подвержены влиянию Москвы.

Зона влияния мегаполиса на поселения достигает Московского малого кольца. В свою очередь, эту зону влияния можно разделить на две части:

1. Зона наибольшего влияния мегаполиса (граница зоны проходит в радиусе 30 км от центра мегаполиса).

2. Зона наименьшего влияния мегаполиса (граница проходит по малому московскому кольцу).

В зоне наибольшего влияния основной проблемой являются сточные воды мегаполиса. Москва, получая воду с севера и запада, сбрасывает сточные

воды в южном и юго-восточном направлении вниз по течению р. Москвы.

Наибольшее загрязнение поверхностных вод отмечается в центре и на востоке области. Максимальные уровни загрязнения фиксируются в р. Москва, Ока и Клязьма. Населенные пункты, расположенные ниже по течению и попадающие в зону влияния мегаполиса, лишены возможности использования поверхностных вод для питьевого водоснабжения ввиду сильной загрязненности.

Населенный пункт, находящийся в тридцатикилометровой зоне, не может полноценно использовать схему водоснабжения за счет подземных вод. Интенсивный водоотбор для нужд мегаполиса приводит к образованию региональной воронки депрессии с образованием зон безнапорной фильтрации, что обусловлено высокой эксплуатационной нагрузкой.

Такая неблагоприятная ситуация диктует не- до обходимость создания более сложной схемы водо- С снабжения в городах-спутниках мегаполиса. н

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ *

Г

Сегодня водоснабжение поселений Москов- С

ской области практически полностью основано на Я

использовании подземных источников вод. Доля О

подземных вод составляет 90 %. Запасы подземных 2

вод для водоснабжения Московской области оце- 1

нивались и утверждались более 35 лет назад. Дей- Я

ствующие водозаборы расположены на территории ы

предприятий и больших поселений. На территории

Подольского района, который полностью зависит С

от подземных вод Подольско-Мячковского горизон- Я

та, в 2005 г. была проведена подробная переоценка Я

запасов подземных вод [2], в результате чего вы- 1

яснилось, что интенсивный водоотбор подземных 3 вод каменноугольных отложений в регионе привел

Рис. 1. Расположение региональных воронок депрессии на территории Центрального федерального округа: 1-14 — области интенсивного отбора подземных вод и расположения региональных локальных) депрессионных воронок с учетом их перекрытия; 15 — глубина региональных воронок депрессии; 16 — областные центры; 17 — границы гидрогеологических структур [3]

N

X

О >

с а

(О ^

2 о

н *

о

X 5 I н

о ф

ю

к формированию региональной Московской воронки депрессии (рис. 1).

На схеме видно, что в результате длительной эксплуатации подземных месторождений уровень в водоносных горизонтах опустился ниже уровня кровли горизонта с образованием зон безнапорной фильтрации. В разных водоносных горизонтах воронки имеют свои границы, которые имеют динамику расширения, следовательно, увеличение водоот-бора на данной территории невозможно.

Анализ сложившейся ситуации позволяет заключить, что среднестатистический город-спутник мегаполиса подвержен влиянию дополнительных факторов, влияющих на системы жизнеобеспечения: • обострение экологической обстановки, связанное с близостью к мегаполису;

• ухудшение качества подземных водозаборов в связи с высокой эксплуатационной нагрузкой на подземные горизонты;

• существенное снижение качества поверхностных источников в связи с поступлением сточных вод мегаполиса;

• возможность использования запасов питьевой воды мегаполиса.

11 июля 2011 г. был официально презентован проект расширения территории Москвы за счет земель юго-западной стороны Московской области. Проект является самым крупным за всю историю города. Он увеличил территорию столицы в 2,4 раза (рис. 2).

Проблемы с водоснабжением актуальны в первую очередь для территории Новой Москвы, ос-

Рис. 2. Схема присоединенных территорий

воение которой будет происходить в ближайшие годы. В виду наличия городских поселений в зоне притяжения мегаполиса создается кризисная ситуация [1]. Она осложняется тем, что территория находится в зоне притяжения мегаполиса, для которого Водный кодекс1 и ФЗ № 4162 диктуют особые условия обращения с водными ресурсами. Поэтому стандартное решение проблемы, описанное в источниках [4-14], не может быть принято в качестве готовых решений.

В виду вышесказанного принятые методологические подходы к проблеме экологической безопасности в отношении водной среды нуждаются в доработке.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Рассмотрим три схемы водоснабжения поселения, находящегося в зоне притяжения мегаполиса:

1. Использование подземных источников. На примере города Подольск, который находится в зоне наибольшего влияния мегаполиса, можно видеть, что имеющаяся схема водоснабжения за счет подземных источников исчерпала свой запас прочности. Гидрогеологические условия присоединенной территории не имеют предпосылок для выявления новых крупных месторождений. Каменноугольные водоносные горизонты перекрыты слабопроницаемыми породами. Единственное крупное месторождения находит-

1 Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 № 74-ФЗ (ред. от 29.07.2017).

2 Федеральный закон № 416 о водоснабжении и водоот-

ведении от 07.12.2011.

ся в долине р. Десны, с утвержденными запасами вод около 63 тыс. м3/сут. Данное месторождение в настоящее время на полную мощность эксплуатируется для водоснабжения города Подольск.

По данным на 2011 г., Подольск полностью зависит от ресурсов подземных источников водоснабжения. Для добычи воды задействованы 100 артезианских скважин, расположенных в поймах р. Пахра, Десна и Моча. Восемь водозаборных узлов подают в сети города 125 тыс. м3/сут.

95 % водоотбора осуществляется из Подольско-Мячковского горизонта, который истощен и увеличение водоотбора в дальнейшем не представляется возможным.

Таким образом, интенсивный водоотбор приводит к образованию региональной воронки депрессии с образованием зон безнапорной фильтрации. Следовательно, водоснабжение поселений за счет подземных источников в зоне наибольшего притяжения не имеет стратегической перспективы. Возможное увеличение нагрузки на горизонт приведет к значительному понижению уровня подземных вод.

2. Использование поверхностных источников. На водоснабжении из поверхностных источников базируются крупные населенные пункты, находящиеся в непосредственной близости от крупных водных объектов. Вода из большинства поверхностных источников поступает уже загрязненная и никак не защищена от внезапного залпового выброса загрязняющих веществ. При отсутствии в непосредственной близости крупного водного объекта необходимо проектировать искусственные водотоки и водоемы.

00

Ф

0 т

1

*

О У

Т

0

1

В

г

3

у

о *

2

Примером может служить Королев, который, один из немногих городов Московской области, имеет систему водоснабжения с водозаборами из поверхностного источника. Транспортировка воды в город организована через Акуловский гидроузел, входящий в систему канала им. Москвы.

Итак, второй метод водоснабжения также не всегда применим в зоне притяжения мегаполиса.

3. Дополнительное использование запасов питьевой воды мегаполиса, которая по трубопроводам подается в поселение. Этот метод комбинированного водоснабжения требует дополнительного экологического и финансового обоснования.

Такой метод начал воплощаться в Щербинке. По состоянию на 2016 г., город снабжается водой за счет пяти водозаборных узлов фактической производительностью 9,6 тыс. м3/сут. Наряду с водой из артезианских скважин на один из водозаборных узлов подается вода из водопроводной системы АО «Мосводоканал» взамен воды из артезианских скважин. Объем поставки московской воды составляет 7 тыс. м3/сут, что на данный момент покрывает потребности интенсивно растущего населения города и позволяет вывести из эксплуатации некоторые артезианские скважины.

Подземные воды имеют стратегическое значение для мегаполиса, использование подземных вод в качестве единственного и безальтернативного источника водоснабжения является недопустимым, вследствие чего программа развития водоснабжения Москвы до 2025 г. предусматривает полный переход крупных поселений присоединенных территорий на водоснабжение «московской» водой из поверхностных источников, чем планируется достигнуть экономии ресурсов подземных вод.

Стоит отметить, что описанные методы водоснабжения имеют различные характеристики, зависящие от географических, природных и социальных условий, в которых находится поселение. Оценку т- применимости того или иного метода необходимо проводить прежде всего на базе натуральных по-^ казателей, поскольку финансовые показатели явля-^ ются производными от натуральных и часто носят ^ субъективный характер.

Проиллюстрируем сформулированное предло-Ю жение на примере подмосковной Щербинки.

Для покрытия возрастающих потребностей города без использования «московской» воды необхо-¡1 димо заложение двух дополнительных ВЗУ (водоза-Н борных устройств), по аналогии с уже имеющимися ^ ВЗУ для расчета примем скважину глубиной 102 м.

ВЗУ имеет куст из трех скважин. Средняя стоимость 2 бурения скважины составляет 21 000 руб./м. Следо-£ вательно, капитальные затраты на заложение одно-

го ВЗУ будут составлять минимум 6,5 млн руб., не включая стоимость оборудования насосных станций и заложения резервуаров чистой воды. Из обращения безвозвратно выводится 62 831,8 м2 территории.

Исходя из вышесказанного, стоимость добываемой воды будет складываться из следующих составляющих: затраты на возведение ВЗУ, РЧВ, платы за пользование ресурсами подземных вод, стоимость технического обслуживания новых сооружений и площади территории, выведенной из оборота.

Критерии оценки прокладки трубопровода от московской станции водоподготовки будут иными. Капитальные затраты будут заключаться в стоимости прокладки трубопровода от станции водопод-готовки до поселения-потребителя (в данном случае — Щербинки) составит минимум 20 км, а также изъятию из обращения подлежит территория санитарной защиты на протяжении всего водовода. Также в капитальные затраты следует включить плату за вырубку зеленых насаждений и рекультивацию земель, затрагиваемых при работах по прокладке водовода и повысительных насосных станций в случае необходимости. Во внимание стоит принять затраты на обслуживание водовода и поддержания состояния изъятой территории, и стоимость очищенной воды, поступающей из станции водо-подготовки.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

По экономическим показателям два рассмотренных варианта могут значительно разниться в зависимости от проектных решений, территории и экономической ситуации.

Сумма компенсации за вырубленные зеленые насаждения не поддается прогнозированию, как и стоимость поставляемой воды станцией водопод-готовки, что диктует необходимость моделирования каждой предполагаемой системы водоснабжения применительно к сложившейся ситуации.

Перспективы дальнейшего развития рассмотренных систем водоснабжения также различны по целому ряду показателей.

ВЫВОДЫ

Ни один из традиционных методов водоснабжения не является универсальным. Для выбора оптимального метода в конкретных условиях целесообразно разработать и применять обобщенные натуральные показатели, по которым будет определяться наиболее эффективный метод водоснабжения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нефедова Т.Г. За чертой больших и средних городов // География. 2007. № 6. Режим доступа: http://geo.1september.ru/article.php?ID=200700603.

2. Мамин Р.Г., Орехов Г.В., Байрашева А.А. Урбанизация и экологическая безопасность территорий Новой Москвы. М. : Из-во АСВ, 2015. 112 с.

3. Кошкина В.П., Мамин Р.Г. Методологические подходы к проблеме экологической безопасности в бассейнах рек Центрального района России // Проблемы управления качеством окружающей среды. М. : ПРИМА-ПРЕСС, 1997. С. 40-41.

4. Пупырев Е.И. Жилищно-коммунальное хозяйство и управление качеством окружающей среды // Проблемы управления качеством окружающей среды. М. : ПРИМА-ПРЕСС, 1997. С. 16-17.

5. Мамин Р.Г., Щеповских А.И. Природопользование и охрана окружающей среды: федеральные, региональные и муниципальные аспекты. Казань, 1999. 139 с.

6. Адам А.М. Управление природопользованием на уровне субъекта федерации. М. : Тиссо, 2002. 148 с.

7. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение проектирование систем и сооруже-

ний. М. : Изд-во ассоциации строительных вузов, 2003.

8. Гринько Е.А. Водоснабжение и водоотведе-ние. Ижевск: ИжГТУ, 2009. 62 с.

9. Горшков В.Г., Кондратьев К.Я., Лосев К.С. Глобальная экодинамика и устойчивое развитие; естественно-научные аспекты и «человеческое измерение» // Экология. 1998. № 3. С. 163-170.

10. Мамин Р.Г. Урбанизация и охрана окружающей среды в Российской Федерации. М. : РЭФИА, 1995.

11. Боровков В.С., Волшаник В.В., Орехов Г.В. Опыт классификации городских водных объектов по генетическим и инженерно-экологическим признакам // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2004. № 4. С. 62-63.

12. Суреньянц С.Я., Иванов А.П. Эксплуатация водозаборов подземных вод. М. : Стройиздат, 1989. 80 с.

13. Порядин А.Ф. Устройство и эксплуатация водозаборов. М. : Стройиздат, 1987. 128 с.

14. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1971. 579 с.

Поступила в редакцию 1 января 2017 г. Принята в доработанном виде 29 сентября 2017 г. Одобрена для публикации 29 ноября 2017 г.

Об авторе: Евдокимов Павел Артемьевич — аспирант кафедры гидравлики и водных ресурсов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, P8070197@yandex.ru.

REFERENCES

1. Nefedova T.G. Za chertoy bol'shikh i sred-nikh gorodov [Outside large and medium-sized cities]. Geografiya [Geography]. 2007, no. 6. Available at: http://geo.1september.ru/article.php?ID=200700603.

2. Mamin R.G., Orekhov G.V., Bayrasheva A.A. Urbanizatsiya i ekologicheskaya bezopasnost' territoriy Novoy Moskvy [Urbanization and ecological safety of New Moscow territories]. Moscow, ASV Publ., 2015. 112 p.

3. Koshkina V.P., Mamin R.G. Metodologicheskie podkhody k probleme ekologicheskoy bezopasnosti v basseynakh rek Tsentral'nogo rayona Rossii [Methodological approaches to the problem of environmental safety in the basins of the Central region of Russia]. Problemy upravleniya kachestvom okruzhayushchey sredy [Problems of quality management of the envi-

ronment]. Moscow, PRIMA-PRESS, 1997. Pp. 40-41.

(In Russian) *

4. Pupyrev E.I. Zhilishchno-kommunal'noe khozy- p aystvo i upravlenie kachestvom okruzhayushchey sredy q [Housing and communal services and management qual- X ity of environment]. Problemy upravleniya kachestvom 0 okruzhayushchey sredy [Problems of quality manage- 2 ment of the environment]. Moscow, Prima-press Publ., i 1997, pp. 16-17.

5. Mamin R.G., Shchepovskikh A.I. Prirodo- ^ pol'zovanie i okhrana okruzhayushchey sredy:  federal'nye, regional'nye i munitsipal'nye aspekty [Na- C ture management and environmental protection: federal, X regional and municipal aspects]. Kazan', 1999. 139 p. M

6. Adam A.M. Upravlenie prirodopol'zovaniem 3 na urovne sub 'ekta federatsii [Environmental manage- "

ment at the Federation]. Moscow, Tisso Publ., 2002. 148 p.

7. Zhurba M.G., Sokolov L.I., Govorova Zh.M. Vodosnabzhenie proektirovanie sistem i sooruzheniy [Water supply system design and construction]. Moscow, Izdatelstvo assotsiatsii stroitel'nykh vuzov Publ., 2003.

8. Grin'ko E.A. Vodosnabzhenie i vodootvedenie [Water supply and sewerage]. Izhevsk, Izhevsk State Technical University, 2009. 62 p.

9. Gorshkov V.G., Kondrat'ev K.Ya., Losev K.S. Global'naya ekodinamika i ustoychivoe razvitie; es-testvenno-nauchnye aspekty i «chelovecheskoe izme-renie» [Global EcoDynamics and sustainable development; natural-scientific aspects and "human dimension"]. Ekologiya [Ecology]. 1998, no. 3, pp. 163-170.

10. Mamin R.G. Urbanizatsiya i okhrana okruzha-yushchey sredy v Rossiyskoy Federatsii [Urbanization and environmental protection in the Russian Federation]. Moscow, REFIA, 1995.

11. Borovkov V.S., Volshanik V.V., Orekhov G.V. Opyt klassifikatsii gorodskikh vodnykh ob"ektov po geneticheskim i inzhenerno-ekologicheskim priznakam [Experience of classification of urban water bodies according to genetic engineering and environmental characteristics]. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekh-nologii XXI veka [Construction Materials, Equipment, Technologies of XXI Century]. 2004, no. 4, pp. 62-63.

12. Suren'yants S.Ya., Ivanov A.P. Eksplua-tatsiya vodozaborov podzemnykh vod [Exploitation of ground water intake]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1989.

13. Poryadin A.F. Ustroystvo i eksploatatsiya vodozaborov [Structure and operation of water intakes]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1987. 128 p.

14. Klyachko V.A., Apel'tsin I.E. Ochistka prirodnykh vod [Purification of natural waters]. Moscow, Izdatelstvo literatury po stroitel'stvu Publ., 1971. 579 p.

Received January 1, 2017

Adopted in final form on September 29, 2017.

Approved for publication on November 29, 2017.

About the author: Evdokimov Pavel Artem'evich — Postgraduate Student, Department of Hydraulics and Water Resources, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU),

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; P8070197@yandex.ru.

PO

<N

О >

с

IQ

PO ^

S о

H >

о

X

s

I h О Ф 10