Загрязнение подземных вод Москворецкого бассейна

Город Москва расположен в бассейне реки Москвы и является неотъемлемой частью окружающей город природной среды.

Гидрогеологические условия региона определяются его приуроченностью к южной части Московского артезианского бассейна. Здесь выделяются три литогенетических этажа: четвертично-неогеновый с пестрыми по гидродинамическим и гидрогеохимическим характеристикам грунтовыми водами, юрско-меловой и каменноугольный с артезианскими водами в преимущественно карбонатных породах.

В последнем имеется несколько водоносных горизонтов, слабо различающихся по фильтрационным свойствам и составу воды, разделенных маломощными прослоями глин и аргиллитов. Важную роль играет верхнеюрская разделяющая толща. Слоистая и прерывистая с “гидрогеологическими окнами” она не только формирует напоры в карбоне, но и предохраняет их от загрязнений.

Проводимость известняков карбона связана с геоморфологическими и геологическими особенностями водовмещяющих пород: на водоразделах она составляет в среднем 500 м/сут; в долинах - более 2000 м/сут; под ненарушенными юрскими глинами - 680 м/сут; в районах без юрских глин - более 1100 м/сут.

Водоносные горизонты в четвертичных отложениях связаны с речными. Это в полной мере относится к аллювиальным отложениям пойм и террас. Первая аккумулятивная - при относительной высоте 4-7 м имеет, как правило, две толщи: верхнюю, суглинистую, и нижнюю, песчаную с гравием и галькой, содержащую горизонт грунтовых вод. Направление грунтового потока меняется по сезонам. Вторая терраса - цокольная с маломощным аллювием (до 1,5-4,0 м). В цоколе может залегать морена, юрские глины и обводненные флювиогляциальные отложения, имеющие непосредственную разгрузку в реку или связь с горизонтами вод 1-й террасы. В уступе 2-й террасы известны многочисленные родники. Выше террас притоки р.Москвы дренируют главным образом флювиогляциальные песчано-гравийные отложения. Их водоносные горизонты, как правило, плохо защищены с поверхности от загрязнения, имеют малую емкость и относительно высокую проницаемость.

Локальной гидрогеологической особенностью территории являются древние ложбины стока: доюрские, доледниковые, межледниковые и постледниковые, иногда совпадающие с современной гидрографической сетью, сложенные хорошо фильтрующим обломочным материалом и являющиеся коллекторами подземных вод.
Глубина максимального переуглубления достигает 50-60 м. Переуглублены долина р.Истры ниже водохранилища и долина р.Москвы ниже п.Тучково, причем переуглубление не всегда совпадает с современным.

Химический состав грунтовых вод отличается большим разнообразием.
Обычно при малых минерализациях (300-500 мг/л, редко больше 1 г/л) химический тип может резко меняться даже в пределах одного потока грунтовых вод. На водораздельных пространствах встречаются воды гидрокарбонатного класса, кальциево-магниевой группы с низкой минерализацией (около 200 мг/л). Колодцы в деревнях на террасах рек дают воду гидрокарбонатно- сульфатную и гидрокарбонатно-хлоридную с преобладанием кальция и с высокой минерализацией. Вблизи промышленных центров, городов, у свалок и т.д. состав грунтовых вод меняется на сульфатно-гидрокарбонатный и даже на сульфатно-хлоридный. Грунтовые воды, приуроченные к аллювиальным отложениям, имеют повышенную минерализацию и измененный по отношению к естественным водам состав, в котором велико содержание хлоридов и сульфатов. Нередки случаи, когда в состав макрокомпонентов химического состава грунтовых вод входит нитрат-ион, что уже прямо свидетельствует о загрязнении. Со всей определенностью можно сказать, что разгрузка грунтовых вод в реки бассейна уже в настоящее время ухудшает качество речной воды.

Артезианские воды каменноугольных отложений обычно пресные с минерализацией 0,4-0,6 г/л, хорошего качества (гидрокарбонатные, магниево- кальциевой группы). Исключением является полоса шириной 10-20 км, проходящая от Дедовска-Нахабино через Красногорск в южную часть Москвы.
Здесь также имеет место пресная вода, но хлоридногидрокарбонатного класса натриево-магниево-кальциевой группы, что свидетельствует о региональном протекании загрязненных грунтовых вод в артезианские водоносные горизонты со сработанными напорами.

Система источников водоснабжения Москвы может быть представлена в виде совокупности подсистем, каждая из которых является крупной водохозяйственной системой. Она представляет собой совокупность подсистем: бассейн Вазузского водохранилища; Вазузскую гидротехническую систему; бассейн Москвы от истока до г.Москвы, включающий в себя бассейны рек Рузы и
Москвы от истока до г.Звенигорода, бассейн Москвы от г.Звенигорода до г.Москвы; бассейн Волги от истока Иваньковского водохранилища и зону канала им.Москвы. Кроме того, отдельные объекты в Москве и в Московском регионе
(т.е. в сфере интересов Москвы как главного объекта эксплуатации водных ресурсов) снабжаются артезианской водой, что неуклонно ведет к изменению картины состояния и формирования подземных вод региона.

Водохозяйственные системы обладают двумя главными свойствами: пропускной способностью (проницаемостью, расходом) и емкостью. Основная часть расхода определяется собственно возможностями русел ручьев, рек, каналов, труб и других водопроводящих трактов. Основная же часть емкости сосредоточена не в водотоках и водохранилищах, а в подземных резервуарах, т.е. в горизонтах подземных вод, связанных с поверхностными водами сложными, нелинейными и неоднозначными отношениями. Кроме того, для водопроводящих трактов при подходящем выборе масштаба характерны сосредоточенные источники загрязнений, а для подземных вод - рассредоточенные.

Основным объектом мониторинга подземных вод является поток подземных вод (ППВ). Предусматриваются измерения на слабо нарушенных (эталонных) ППВ, находящихся под техногенным воздействием. В последнем случае следует выделять и рассматривать природно-техногенные системы. В качестве основных признаков ППВ могут рассматриваться: геофильтрационная схема, позволяющая прогнозировать продвижение загрязнения в ППВ; конструктивные особенности источника загрязнения, определяющие условия поступления загрязняющих веществ в поток; миграционная модель ППВ, отражающая процессы переноса, превращений и взаимодействий раствора с породами в зависимости от геохимических и физико-химических свойств поллютанта и среды.

Имеющиеся в распоряжении совместного предприятия в области охраны окружающей cреды “Прима” материалы позволяют более детально рассмотреть бассейн р.Москвы. Особое внимание уделено условиям формирования подземных вод. Это вызвано тем, что среднемноголетний модуль стока р.Москвы в створе
Рублево составляет 6 л/(с*км2), а модуль подземного стока - 2 л/(с*км2).
Таким образом, треть всей москворецкой воды - вода подземная. Вместе с тем, минерализация и, особенно, качество подземных вод сильно отличаются от вод поверхностных, причем качество подземных вод во многих частях бассейна р.Москвы не отвечает требованиям государственного стандарта на питьевую воду. Больше того, эксплуатация подземных вод приводит к изменению показателей и режима водообмена между подземными и поверхностными водами в неблагоприятную сторону.

В Москворецкой водной системе эксплуатируются практически все водоносные горизонты. При этом грунтовые воды используются деревянными колодцами и мелкими скважинами ручного бурения, что практически не сказывается на водных ресурсах и режиме. Максимальное понижение уровня в колодцах достигает 1,5-2,0 м, что может сформировать местную воронку депрессии радиусом не более нескольких десятков метров. Все центральное водоснабжение основано на артезианских водах каменноугольных отложений. В бассейне р.Москвы выше Рублево действует 21 групповой водозабор подземных вод, затрагивающий практически все водоносные горизонты карбона.
Дифференциация по зонам влияния позволяет предложить места для отбора проб в бассейнах рек Москва, Руза и Истра, а также в устьях упоминаемых в таблице 1 притоков.

Таблица 1

Сведения о современной эксплуатации подземных вод
|Бассейн реки |Водозабор |Производитель-н|Зона влияния |
| | |ость, | |
| | |тыс.куб.м/сут | |
|Москва выше |Уваровка |3,0 |реки Воинка и |
|Можайска | | |Колочь |
|Москва выше |Кубинка |8,5 |р.Сетунь |
|Звенигорода |Тучково |7,3 |р.Москва |
| |Дорохово |1,3 |р.Ельца |
| |Можайск |15,3 |реки Можайка и |
| | | |Москва |
| |Звенигород |10,8 |р.Москва |
|Москва выше |Покровское |1,6 |р.Москва |
|Рублево |Успенское |21,8 |р.Москва |
| |Голицыно |12,1 |р.Вяземка |
| |Барвиха |16,2 |р.Москва |
| |Жаворонки |27,2 |р.Вяземка |
| |Одинцово |50,7 |реки Сомынка и |
| | | |Закза |
|Руза |Осташево |1,2 |Рузское вдхр. |
| |Руза |2,2 |р.Руза |
| |Тимофеев |3,6 |р.Руза |
|Истра |Румянцево |2,3 |р.Истра |
| |Кр.Поселок |7,0 |р.Истра |
| |Истра |13,4 |р.Истра |
| |Снегири |1,4 |р.Истра |
| |Дедовск |13,4 |р.Истра |
| |Красногорск |57,1 |р.Бачка |

На состояние подземных вод в бассейне Москвы выше Рублево влияют также водозаборы, расположенные ниже Рублево, поскольку их воронки занимают в рассматриваемом районе существенные площади. Особенно заметно влияние
Химкинского и Московского водозаборов с суммарным водоотбором около 500 тыс.куб.м/сутки. Установлено, что восточнее меридиана Звенигорода избыточные напоры артезианских вод почти полностью сработаны. Это привело к инверсии балансовой структуры потока подземных вод в карбоне: если ранее артезианские воды разгружались в Москву-реку и в ее притоки, то сейчас, наоборот, из поверхностных и частично из грунтовых вод идет питание ранее бывших артезианскими водоносных горизонтов. Величину, т.е. расходы воды, такого питания установить точно довольно трудно, однако в целом понятно, что на инфильтрацию в подземные воды расходуется значительная часть формируемых в рассматриваемой части бассейна Москвы водных ресурсов.

По оценкам Центргеологии в бассейне р.Москвы и ее притоков в центральной части воронки депрессии на эксфильтрацию теряется 30-40% поверхностного стока. Проблема, однако, состоит в том, что воды, поступающие в глубокие подземные горизонты, по качеству далеки от природных вод. Особенно незащищенными следует считать районы, где отсутствует верхнеюрская разделяющая толща и где нет моренных глин и суглинков, а в карбоне напоры снижены. Загрязнение в таких местах может носить не только локальный, но и региональный характер.

Защещенными от загрязнения можно считать водораздельные равнины и плато, закрытые мощным плащом моренных глин и суглинков восточнее меридиана, проходящего через Дорохово и Сычево, если исключить собственно долинные часть бассейна. Всю верхнюю часть бассейна западнее указанного меридиана, равно как и низовья р.Сходни, следует считать условно защищенной. Долина Москвы-реки ниже г.Можайска, долина средней и нижней
Рузы, а также долина средней и нижней Озерны не защищены, поскольку здесь, в полосе от 5 до 10 км, размыта юрская толща глин. Для мониторинга поверхностных вод это означает, что именно здесь густота сети наземных измерений должна быть наибольшей.

Рассмотрим влияние отдельных отраслей народного хозяйства на формирование качества подземных вод бассейна.

Сельское хозяйство. Здесь следует выделить земледелие, которое в результате применения удобрений и ядохимикатов следует рассматривать как отрасль, вносящую значительное количество загрязнений в подземные воды, причем необходимо подчеркнуть пространственный (площадной, рассредоточенный) характер влияния этой отрасли. Структура земледелия в бассейне довольно однородна. В Можайском и Рузском районе под пашней находится по 50 тыс.га. В Истринском и Одинцовском районах - по 30 тыс.га.
Повсеместно около 40% пашни отдано под зерновые, удобряемые относительно мало. Около 50% площади занято под многолетними травами, кукурузой на силос и кормовыми корнеплодами. Около 10% пахотных земель отдано под овощи и картофель, которые выращиваются с применением высоких доз удобрений. Так, при средней по России норме в 100-120 кг в некоторых хозяйствах Подмосковья вносят до 5 т органических и неорганических удобрений на гектар.

Существенным источником загрязнения являются и пригородные хозяйства.
Здесь в среднем на 1 га используемых земель вносилось удобрений на гектар: в Рузском районе - 216 кг, в Одинцовском районе - 286 кг, в Можайском районе - 424 кг, в Истринском - 491 кг.

Грунтовые воды под сельскохозяйственными угодьями загрязнены.
Исследованиями кафедры гидрогеологии геологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова в грунтовых водах аллювиального водоносного комплекса выявлены концентрации нитратов от 80 до
180 мг/л (ПДК - 10 мг/л). Имеются сведения о недопустимо высоких содержаниях аммоний-иона (до 31 мг/л (ПДК - 1,5 мг/л)) в грунтовых водах аллювия р.Малая Истра. Мощным способом непостредственного воздействия на качество грунтовых вод являются водные мелиорации.

В качестве сосредоточенных источников загрязнения в сельском хозяйстве выделяются животноводческие фермы. Среднее поголовье для них таково: крупный рогатый скот - 600 тыс.голов (250-260 ферм), свиней - 15-20 тыс.голов (3 фермы в Можайском и Истринском районах), птицы - 1,0-1,5 млн.(9 фабрик в Истринском и Одинцовском районах).

Население. В селах Московской области постоянно проживает около 210 тыс.человек. В теплый период года население здесь резко увеличивается за счет отдыхающих. Рекреационных учреждений в бассейне около 1000: в
Можайском районе - 110, в Истринском - 250, в Рузском районе - 250. Их очистные сооружения устроены примитивно, устарели морально и физически, поэтому являются загрязнителями. Так, в районе Звенигорода установлено, что практически все старые очистные сооружения загрязняют грунтовые воды хлоридами, нитратами, органикой и другими веществами. Однако наибольшее влияние на качество грунтовых вод оказывают города, а в них - промышленные предприятия.