Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Гидрогеологические проблемы недропользования Северо-Запада России

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Гидрогеологические проблемы недропользования Северо-Запада России"

На правах рукописи

РГб од

АНТОНОВ Владимир Васильевич

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ

Специальность 04.00.06 - Гидрогеология

Авторе фер ат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В.Плеханова (технического университета)

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Л.С.Язвин

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Ю.А.Норватов

доктор геолого-минералогических наук,

профессор В.В.Куриленко

Ведущее предприятие: институт ВСЕГИНГЕО

Защита диссертации состоится 12 ноября 1997 г. в 15 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д.063.15.07 в Санкт-Петербургском государственном горном институте по адресу: 199026 Санкт-Петербург, В-26, 21-я линия, д.2, зал 2 .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 10 октября 1997 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета к.г.-м.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ. Актуальность темы данной диссертационной работы связана с необходимостью проведения теоретического анализа и научно-методических исследований гидрогеологических аспектов тех новых проблем и задач, которые возникли, в последние годы, в связи с активным внедрением в гидрогеологическую практику идей недропользования и кардинальной реорганизацией геологической службы Российской Федерации, а также с необходимостью решения для северо-западного региона России проблемы обеспечения безопасного и устойчивого водоснабжения.

Внедрение в гидрогеологическую практику идей недропользования связано, прежде всего, с расширением границ чисто геологического подхода к изучению и использованию земных недр до рамок более общего подхода, развиваемого в приор-доведении, ресурсологии и природопользовании. Следствием расширения подхода к рассмотрению проблем недропользования является:

1) признание земных недр как некоторого самостоятельного комплексного природного ресурса;

2) приравнивание использования земных недр к одному из видов природопользования;

3) распространение на недропользование практики установления лимитов и платности природопользования.

Главными причинами, приведшими к масштабной акции реорганизации в 1990-96 гг. государственной геологической службы, вызвавшей лавинообразные изменения в геологической практике, являются изменения функций и решаемых этой службою управленческо-организационных задач. Одними из новых функций Министерства природных ресурсов являются такие, как управление государственным фондом недр, регулирование отношений в сфере недропользования, организационное обеспечение функционирования государственной системы лицензирования недропользования.

Необходимость решения проблемы обеспечения безопасной и устойчивой структуры водопользования, а в более широком аспекте и недропользования, для северо-западного региона России проявилась в следующих основных моментах:

1) в относительно низком проценте использования подземных вод в общей структуре централизованных систем водоснабжения;

2) в использовании невозобновляемой части подземных водных ресурсов, что приводит к существенному их истощению и опасности появления серьезных экологических проблем;

3) в значительном техногенном воздействии на подземную гидросферу, что проявляется в различных формах ухудшения качества эксплуатируемых подземных вод.

ЦЕЛИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - заключались в исследовании гидрогеологических проблем, возникающих при недропользовании и лицензировании прав недропользования, а также в разработке теоретических и методических основ решения задач обеспечения устойчивого недропользования в отношении подземных водных ресурсов, в том числе, применительно к северо-западному региону России.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. В соответствии с поставленными целями решались следующие основные задачи:

1) обобщение и анализ основных представлениях о ресур-сологии недр, видах недропользования и лицензировании недропользования с целью оценки тех изменений, которые вызывает внедрение идей недропользования в геолого-гидрогеологическую теорию, практику и методику;

2) анализ особенностей недропользования в отношении подземных водных ресурсов;

3) разработка концепции устойчивого недропользования в отношении подземных водных ресурсов;

4) оценка безопасной структуры водоснабжения и обеспеченности подземными водами хозяйственно-питьевого назначения северо-западного региона России;

5) организация систем устойчивого подземного водо-отбора на действующих водозаборах, включая вопросы обез-железивания и деманганации подземных вод в пластовых условиях;

6) исследование возможности и оптимальных пределов искусственного регулирования родниковой разгрузки;

7) оценка гидрогеологических аспектов влияния различных видов недропользования, при их совместном осуществлении, на подземные водные ресурсы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных в диссертации задач выполнен широкий комплекс теоретических, методических, опытных полевых и опытно-промышленных исследований в разнообразных гидрогеологических условиях. Методика исследований реализовывалась через:

- сравнительный анализ новой нормативно-правовой базы недропользования;

- проведение методических работ по оценке степени обеспеченности населения водами хозяйственно-питьевого назначения и разработка региональных программ использования подземных водных ресурсов;

- проведение полевых опытных работ при поисках, оценке и разведке месторождений подземных вод, находящихся в различных гидрогеологических условиях;

- выполнение опытно-промышленных экспериментов по обезжелезиванию и демангазации подземных вод в пластовых условиях;

- математическое моделирование, связанное с оценкой прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод, а также выбора оптимальных методов искусственного регулирования родникового стока;

- теоретическое обобщение материалов и разработка основных подходов к обеспечению положений концепции устойчивого развития при использовании подземных водных ресурсов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В работе получен рад новых научных результатов, имеющих как теоретическое и методическое, так и практическое значение. Сформулированы основные теоретические положения нового научного направления связанного с исследованием гидрогеологических проблем устойчивого недропользования при использовании подземных водных ресурсов.

Научная новизна и теоретические результаты работы заключаются в следующем.

1. Сформулированы критерии устойчивого недропользования в отношении использования подземных вод. Для северозападного региона РФ эти критерии конкретизированы в отношении требований к безопасному и устойчивому функционированию систем хозяйственно-питьевого водоснабжения.

2. Выявлены закономерности размещения основных генетических типов месторождений подземных вод в пределах северозападного региона РФ, исследована балансовая структура формирования в пределах этих месторождений эксплуатационных запасов и прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод.

3. Разработаны научно-методические основы оценки подземных водных ресурсов с учетом необходимости обеспечения критериев устойчивого недропользования. Предложены приемы оценки степени возобновляемое™ подземных водных ресурсов.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Для исследования совокупности гидрогеологических проблем, возникающих при недропользовании и лицензировании прав недропользования, в работе обоснована необходимость создания нового научного направления, которое названо как "Гидрогеологические проблемы недропользования".

2. В концептуальном плане, решение гидрогеологических проблем недропользования должно базироваться на развитии идей концепции устойчивого развития, ориентированной применительно к использованию подземных водных ресурсов.

3. Научно-методическую основу решения проблем обеспечения условий устойчивого недро- и водопользования должна составлять региональная оценка обеспеченности подземными водными ресурсами с учетом степени их возобновляемости и природоохранных ограничений.

4. В прикладном плане, для условий северо-западного региона России, недропользование, связанное с добычей подземных вод, должно быть признано приорететным и работы по обеспечению устойчивого подземного водопользования должны вестись в направлении создания постоянно-действующих моделей крупных месторождений подземных вод, развития систем искусственного регулирования родникового стока и разработай промышленных технологий очистки подземных вод в пластовых условиях.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке стратегии лицензирования недропользования, обоснования методики проведения геологичекой экспертизы, обоснования методики оценки эксплуатационных запасоз и прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод при решении вопросов обеспеченности населения Северо-Запада России подземными водами различного целевого назначения, а также при отработке промышленной технологии обезжелезивания и деман-ганации подземных вод.

РЕАЛИЗАЦИЯ. Результаты научных разработок использованы при решении проблем организации централизованного водоснабжения городов Апатиты, Кировск, Балтийск, Светлый, С.-Петербург, Гатчина, Петродворец, Кронштадт, Ломоносов, Рощино, Зеленогорск и др. Научно-методические разработки были использованы при проведении крупной региональной работы по оценке обеспеченности населения Северо-Запада РФ подземными водами хозяйственно-питьевого назначения.

Ряд положений диссертационной работы вошли в методические руководства геологических организаций Северо-За-

пада России, а также отражены в учебных пособиях для студентов-гидрогеологов.

АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах и конференциях кафедры гидрогеологии СПбГТИ; на 3-их, 4-х и 5-х Толсгихинских чтениях; на 2-й Международной конференции по экологии Балтийского моря; на семинарах в Европейском центре экологии (г. Прага).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 37 работ, в том числе 1 монография и 5 учебных пособий.

Диссертация является обобщением многолетних работ автора в области поисков и разведки месторождений подземных вод, оценке эксплуатационных запасов и прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод по территории РФ. В последние 5-7 лет были выполнены работы в области лицензирования недропользования, гидрогеологического эксперти-рования и др. новых направлениях, которые возникли в рамках учения о месторождениях подземных вод.

Большинство работ было выполнено на кафедре гидрогеологии СПбГТИ. В обсуждении результатов работ принимали участие научные сотрудники и преподаватели кафедры, всем им автор выражает глубокую признательность. Особую признательность за постоянное внимание к работе автор выражает заведующему кафедрой, проф. В.А.Кирюхину. Также автор весьма признателен чл.-кор. РАН, проф. В.А.Мироненко за проявленное внимание и конструктивную критику работы. Автор благодарит за сотрудничество А.И.Короткова, А.Н.Павлова, В.А.Бережного, Ю.В.Николаева, Н.С.Соболеву, В.А.Кальм, Е.Л.Грейсера, Л.Е.Грейсера, Г.И.Богданову, И.В.Карпова, Г.С.Мелехову, К.С.Пожевилко, Н.В.Бердникова, М.Н.Строн-скую, В.С.Саванина, В.В.Саванина, И.М.Шафороста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Работа состоит из двух частей, причем в первой части (главы 1-5) рассмотрены теоретические аспекты, а во второй

части (главы 6-10) - некоторые прикладные аспекты гидрогеологических проблем недропользования.

Глава 1. Влияние идей научного природопользования на современное развитие гидрогеологических исследований.

В главе рассмотрены основные представления о природных ресурсах и природопользовании, обсуждены возможные способы преодоления экологических опасностей, связанных с дефицитом водных ресурсов. Исследования и анализ указанных проблем проведены с целью научного осмысления и оценки тех тенденций и изменений, которые вызывает внедрение идей природопользования в гидрогеологическую теорию и практику.

Часть ресурсов, используемых человеком в своих взаимоотношениях с окружающей средой и связанных с природной физической средой, составляет природные ресурсы. Совокупность естественно-научных и социально-экономических проблем, возникающих при использовании человеком природных ресурсов исследуется в рамках научного направления, называемого природопользованием.

Если говорить об основных, доминирующих идеях современного научного природопользования, то, вероятно, необходимо отметить следующее:

1) принятие в качестве основополагающего априорного положения, так назывемого "закона ограниченности (исчер-паемости) природных ресурсов", согласно которому все природные ресурсы (и естественные условия) Земли конечны (ограничены);

2) отказ от концепции "покорения природы" и переход к идеи необходимости "преобразования человечества" ("поворот на 180 градусов");

3) необходимость введения ограничений на использование природных ресурсов ("лимиты на природопользование");

4) переход к стратегии обеспечения длительного, устойчивого и бесконфликтного природопользования ("концепция устойчивого развития").

Для обеспечения бесконфликтного природопользования важное значение имеют "правило одного процента" и "правило десяти процентов".

"Правило одного процента" говорит о том, что изменение энергетики (или вещества в энергетическом выражении) системы более чем на 1 %, выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния.

"Правило десяти процентов" предупреждает о недопустимости изменения энергетики (или вещества) системы в среднем более чем на 10 %. При переходе через предельные 10 % система разрушается.

Внедрение идей научного природопользования в геолого-гидрогеологические науки включает следующие основные моменты.

1. Расширение границ чисто геологического подхода к изучению и использованию природных ресурсов, находящихся в земных недрах до рамок более общего подхода, развиваемого в природоведении, ресурсологии и природопользовании.

Следствием расширения подхода к геологическим проблемам является:

а) признание земных недр как некоторого самостоятельного комплексного природного ресурса ("земные недра -природный ресурс");

б) приравнивание использования земных недр к одному из видов природопользования ("использование земных недр - это вид природопользования");

в) распространение на использование ресурсов земных недр практики установления лимитов и платности природопользования ("использование земных недр, как и любое другое природопользование, должно быть лимитировано и должно быть платным").

2. Расширение и существенное изменение юридически-правовых вопросов использования земных недр:

а) четкое указание собственности на земные недра ("земные недра являются государственной собственностью, но добытые из них ресурсы могут иметь любые формы собствен-носш");

б) образование государственного фонда недр ("государство владеет и управляет фондом недр");

в) четкое разграничение видов использования земных недр ("использование земных недр может быть только в тех видах, которые определены соответствующим законодательством");

г) разграничение компетенции органов государственной власти РФ в сфере использования ресурсов земных недр ("каждый из органов государственной власти может распоряжаться и управлять фондом недр в рамках своей компетенции");

д) лицензирование прав использования земных недр ("право использования земных недр подтверждается специальной государственной лиценией").

Кроме перечисленных выше причин, не менее важное значение имеют также и новые тенденции в развитии самой современной гидрогеологии.

Глава 2. Современные представления о недрах и недропользовании.

В главе исследованы основные представления о недрах, ресурсологии недр, типах и видах недропользования, проведен предварительный анализ особенностей недропользования в отношении подземных водных ресурсов.

В работе отмечен понятийный дуализм недр: с одной стороны, это природный ресурс, а с другой стороны, элемент окружающей среды, который определяет природные аспекты качества нашей жизни (ресурсный и средовой подходы в отношении понятия "недра"). Однако, доминирующим несомненно является ресурсный подход, согласно которому недра - это комплексный природный ресурс, в который входят практически все компоненты природных ресурсов: минеральные, энергетические, водные, газово-атмосферные, биологические и пр.

В самом общем смысле, под недропользованием может пониматься хозяйственная или иная деятельность, осуществляемая с использованием недр, а также воздействие этой деятельности на земные недра.

В дополнении к принятым в законе "О недрах" видах недропользования, в работе предложено рассматривать некоторые дополнительные типы и виды недропользования.

Как часть гидросферы, подземные воды участвуют в общем гидрологическом (климатическом) круговороте и для них характерно проявление природной цикличности и возобновляемое™.

В целом, возобновляемость подземных водных ресурсов может быть обусловлена следующим факторами: 1) проявление естественных природных процессов; 2) усиление водообмена при эксплуатации подземных водных ресурсов; 3) применение специальных методов искусственного восполнения (возобновления).

Возможности возобновляемое™ подземных водных ресурсов при эксплуатации могут быть исследованы путем анализа балансовой структуры источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод и проведением специального ресурсного анализа.

Глава 3. Подземные водные ресурсы как объект недропользования.

В данной главе рассмотрены вопросы определения понятия о подземных водных ресурсах, их формировании и возоб-новляемости в естественных и нарушенных условиях, а также кратко проанализированы методы оценки подземных водных ресурсов.

Под подземными водными ресурсами понимаются подземные воды, находящиеся в земных недрах, и рассматриваемые как природный ресурс с позиций их потребительской ценности.

Поскольку, главной потребительской ценностью подземных водных ресурсов является их использование для целей во-

доснабжения (хозяйственно-питьевого, технического, лечебно-бальнеологического, энергетического и пр.), по своему объему понятие о подземных водных ресурсах практически совпадает с такими традиционными гидрогеологическими понятиями как "эксплуатационные запасы" и "эксплуатационные ресурсы" подземных вод.

Вопросы классификаций, оценки запасов и ресурсов подземных вод, а также формирования эксплуатационных запасов и ресурсов, рассматривались в работах М.Е.Альтовского, Н.Н.Бйндемана, Б.В.Боревского, Ф.М.Бочевера, В.А.Всеволожского, И.К.Гавич,В.М.Гольдберга, Л.К.Гохберга, В.Д.Гродзенс-кого, .И.Дробнохота, ИС.Зекцера, В.И.Иотказиса, Г.Н.Каменского, В.С.Ковалевского, А.А.Коноплянцева, Б.И.Куделина, Н.Н.Лапшина, А.В.Лебедева, Е.Л.Минкина, А.Е.Орадовской, И.С.Пашковского, Н.А.Плотникова, Н.И.Плотникова, А.А.Рошаля, С.М.Семеновой-Ерофеевой, М.П.Семенова, К.И.Сычева, М.А.Хордикайнена, В.М.Шестопалова, Р.С.Штенгелова, Л.С.Лз-вина и многих других исследователей.

Схема основных источников формирования (балансовая структура) подземных водных ресурсов и связанных с ними эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод показана на рис. 1.

Оценка подземных водных ресурсов должна включать в

себя:

1) оценку основных составляющих подземных водных ресурсов, т.е. запасов и ресурсов подземных вод;

2) оценку степени возобновляемости подземных водных ресурсов;

3) оценку доли невозобновляемых ресурсов, которые могут быть использованы без существенного нарушения экологической обстановки.

Рис. 1. Балансовая структура подземных водных ресурсов

Представляется, что оценка эксплуатационных запасов и прогнозных эксплуатационных ресурсов должна включать в себя следующие основные моменты:

1) оценка величин понижений уровней или напоров при заданной производительности или в определении производительности при заданном понижении (количественная оценка);

2) оценка обеспеченности отбираемых объемов воды с учетом степени восполнения подземных вод (б&чансовая оценка);

3) прогноз возможного изменения качества подземных вод в процессе водоотбора (качественная оценка);

4) оценка степени устойчивости водоотбора, при котором не будет отмечаться серьезных экологических проблем при изъятии заданных объемов подземных водных ресурсов (ресурсная оценка).

По существу, оценка как локальных эксплуатационных запасов, так и региональных эксплуатационных ресурсов должна включать в себя качественный и количественный анализ системы "недра - водозаборы подземных вод". Причем, балансовый анализ предполагает построение балансовой модели формирования откачиваемых водозабором подземных вод т.е. исследования балансовой структуры эксплуатационного водоотбора. Заметим также, что оценка устойчивости системы не может быть доказана с помощью тех же моделей, что используются на количественном к качественном этапах расчетов. Ресурсная оценка может быть выполнена на более общих системных моделях, которые к тому же должны позволять рассматривать протекание сложных (зачастую лавинообразных) процессов перестройки подземной гидросферы.

В главе рассмотрены также вопросы возобновляемое™ подземных водных ресурсов. Возобновляемость можно понимать: 1) как полную замену массы воды; 2) как балансовую компенсацию отобранных объемов воды.

В гидрогеологии полную замену массы воды в какой-либо гидрогеологической структуре принято понимать как водообмен в пределах рассматриваемой структуры. В качестве характеристики активности водообмена обычно выступают время полной смены массы воды или обратная ему величина - коэффициент водообмена. Однако, время водообмена не позволяет решить вопрос о компенсации отобранных в процессе эксплуатации объемов подземных вод. Поэтому более правильно, на

наш взгляд, под восполнением понимать пополнение отобранной части воды. Под возобновляемостью, как явлением, предлагается понимать восполнение (периодическое или регулярное) отобранных объемов подземных водных ресурсов.

Возможности возобновляемое™ подземных водных ресурсов при эксплуатации могут быть исследованы путем анализа балансовой структуры источников формирования эксплуатационных запасов или прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод. Если возникающие привлекаемые ресурсы сами формируются за счет восполняемой части общих водных ресурсов, то можно говорить и о возобновляемости самих эксплуатационных запасов подземных вод.

Возобновляемое^ подземных водных ресурсов, по существу оказывается связанной с устойчивостью природной системы "земные недра". При водоотборе система будет стремится восстановить нарушенное равновесие и для прогнозирования возникающего при этом устойчивого поведения, весьма полезными могут оказаться правила "одного" и "десяти" процентов. Вероятно, можно говорить о возможном средне-устойчивом уровне при степени возобновляемости гидрогеологической системы в среднем не менее, чем на 90 %. При этом, устойчивость подземного водоотбора будет обеспечена, если возобновлямая часть подземных водных ресурсов используется в среднем не более 10 %, а невозобновляемая часть эксплуатируется не более чем на 1 %. При больших масштабах эксплуатационного возмущении возможно разрушение сложившейся балансовой структуры системы и переход ее в новое состояние.

Глава 4. Стратегия лицензирования при использовании подземных водных ресурсов.

В данной главе, с общих позиций установления лимитов и платности использования природных ресурсов, рассмотрены вопросы стратегии лицензирования недропользования, платы и геологической экспертизы недропользования, применительно к подземным водным ресурсам.

Теоретической основой для обоснования подходов при лицензировании объектов недропользования в пределах какого-либо региона, должны служить специальные гидрогеологические расчеты, проводимые с использованием численных моделей. По существу, для региона должны быть создана постоянно-действующая математическая модель (ПДМ), на которой должны просчитываться варианты воздействия на подземную гидросферу.

Для выбора стратегии лицензирования важное значение имеет геологическая экспертиза. Отметим основные принципы проведения геологической экспертизы:

1) обязательность проведения геологической экспертизы;

2) обеспечение научной и практической обоснованности выводов экспертизы;

3) обеспечение юридической законности выводов, решений и рекомендаций экспертизы;

4) обязательность для исполнения принятых при проведении экспертизы решений;

5) независимость экспертов, принимающих участие в работе экспертных комиссий;

6) вневедоственность в организации и проведении экспертизы;

7) максимально возможная гласность результатов экспертизы для геологической общественности.

В главе дан алгоритм организации экспертизы гидрогеологических материалов и проектов.

Учитывая различные методико-технологические ограничения на численные модели, представляется, что более рационально в пределах регионов создание специальных экспертных систем, в которых решающим элементом должна быть ПДМ, в то время как система принятия окончательного решения должна основывается на идеях обеспечения устойчивого недропользовании.

Необходимость создания экспертных систем диктуется также тем, что вопросы оценки обеспеченности эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов (балансовая оценка) и оценка степени устойчивости водоснабжения (ресурсная оценка) требуют разработки дополнительных математических моделей, основанных на несколько иных принципах, чем стандартные ПДМ.

Глава 5. Гидрогеологические проблемы недропользования как новое научное направление.

В главе проведен теоретический анализа объекта, целей, задач и научного метода исследований нового направления, сформулированы некоторые из основных гидрогеологических проблем недропользования, а также предложен возможный методологический подход, обеспечивающий устойчивость недропользования при использовании подземных водных ресурсов.

Целями рассматриваемого научного направления являются теоретическое обоснование и научно-методическое сопровождение недропользования и лицензирования недропользования, применительно к подземным водным ресурсам, а также в тех случаях, когда подземные водные ресурсы оказываются вовлеченными в оборот при других видах недропользования или, когда на подземные воды оказывается какое-либо антропогенно-техногенное воздействие.

Теоретические задачи научного направления, ориентированного на изучение гидрогеологических проблем недропользования, должны быть связаны с необходимостью построения адекватных гидрогеологических моделей системы "земные недра - подземные водные ресурсы".

Теоретико-методологическую основу направления, связанного с изучением гидрогеологических проблем недропользования, может составить так называемая "концепция устойчивого развития".

Существо концепции устойчивого развития сводится к тому, чтобы при любом использовании природных ресурсов,

включая сюда вопросы кедро- и водопользования, не возникало бы каких-либо экологических проблем и катастроф, которые бы могли вывести данный природный ресурс из обращения.

Достижение устойчивого развития возможно при выполнении следующих главных условий:

1) ограничении наших потребностей ("... признание пределов нашего выбора");

2) необходимости ограничения степени нашего воздействия на естественные экосистемы.

В концепции устойчивого развития априорно предполагается, что существует некоторая точка равновесия, точка оптимума во взаимодействии (взаимоотношении) человека и окружающей природной среды. Путь гарантирующий безопасное, прогнозируемое и устойчивое движение к достижению точки оптимума взаимодействия между человеком и окружающей средой, это и есть тог путь, который предлагает концепция устойчивого развития.

Используя указанный подход, решение проблемы оптимального использования подземных водных ресурсов, может быть представлено в виде поиска точки глобального оптимума поведения системы "земные недра - инженерные сооружения, воздействующие на подземные водные ресурсы" при введении дополнительных ограничений.

Применительно к проблеме оптимизации использования подземных вод, концепция устойчивого развития позволяет сформулировать следующие важные ограничения:

1) ограничение объемов водопотребления;

2) децентрализация объектов подземного водоотбора, как один из способов уменьшения величин локальных нагрузок на подземную гидросферу;

3) максимальное использование областей естественной разгрузки подземных вод (родники, источники и пр.);

4) максимальное использование возобновляемой части подземных водных ресурсов;

5) уменьшение максимальной нагрузки на величину водо-отбора в условиях антропогенного и техногенного воздействия на подземную гидросферу.

Некоторые из возможных составляющих функций оптимизации могут быть сформулированы следующим образом:

1) все изменения должны находиться в пределах естественных, наблюдаемых в природе, колебаний;

2) темпы изменения фактора не должны превышать наблюдаемые в природе;

3) нельзя допускать лавинообразного изменения какого-либо фактора;

4) выход за пределы естественных колебаний возможен только на относительно короткое время и уверенностью (например, путем анализа похожей ситуации на каком-то объекте аналоге), что система вернется в прежнее устойчивое состояние;

5) итоговая функция оптимизации должна быть такой, чтобы при невыполнении ее, хотя бы по одному из факторов, оптимизация становилась невозможной.

Подчеркнем, что развиваемая нами концепция устойчивого недро-и водопользования не противоречит ранее опубликованной концепции контролируемого загрязнения (В.А.Миро-ненко).

В рамках гидрогеологических проблем недропользования, как нового научного направления, должны исследоваться две большие группы задач:

1) специфические проблемы и направления исследований, которые возникли и, соответственно, должны разрабатываться исключительно в рамках гидрогеологии недропользования;

2) проблемы и направления, которые в рамках гидрогеологии недропользования получают дополнительное развитие.

Представляется, что в первую группу могут быть отнесены следующие гидрогеологические проблемы недропользования:

1) разработка гидрогеологических аспектов концепции устойчивого недропользования;

2) гидрогеологическое сопровождение лицензирования недропользования;

3) разработка гидрогеологических критериев обоснования приоритетов при одновременном осуществлении нескольких типов или видов недропользования;

4) разработка теоретико-методических принципов обоснования оценки величин выплат за недропользование и общей стоимости отдельных участков недр, содержащих подземные водные ресурсы;

5) информационное обеспечение гидрогеологических аспектов недропользования.

Глава 6. Оценка обеспеченности населения Северо-Запада России подземными водами хозяйственно-питьевого назначения.

Общие объемы использования водных ресурсов для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения по всему северо-западному региону (см. табл.1) составляют 5283,8 тыс.м3/сутки, из них 756,6 тыс. м3/сутки подземные воды, что составляет примерно 14,3 % от суммарного объема водопользования. В среднем, в структуре водоснабжения городского населения подземные воды составляют всего лишь 11,2 %, в то время как для сельского населения эта доля поднимается до 42,8 %.

Наименее всего подземные воды используются в Карелии, где их доля в среднем составляет 3,7 %, при этом для городского населения эта доля падает до 3,2 % (абсолютный минимум) поднимаясь до 9,8 % для сельского населения.

В Мурманской области доля использования подземных вод также относительно невелика и в среднем составляет 6 %, причем, здесь доля использования подземных вод в сельской местности (4,9 %, что является абсолютным минимумом для северо-западного региона) оказывается меньше, чем для городского населения.

Относительно низким является использование подземных вод и в г. Санкт-Петербурге, здесь доля водоснабжения за счет подземных вод оказывается равной 4,6 %.

Таблица 1.

Общие объемы использования водных ресурсов хозяйственно-питьевого назначения на СЗ РФ

№ Субьект Федерации Общ ие объемы использования; тыс. м3/сут Водоснабжение за счет подземных вод; тыс. м3/сут

всего %

1. г.С.-Петербург 2461,3 113,7 4,6

2. Лениградская область 599,2 197,9 33,0

в т.ч.городское население 458,7 95,3 20,8

сельское население 140,5 102,5 73,0

3. Новгородская область 190,6 43,0 22,6

в т.ч.городское население 159,8 25,6 16,0

сельское население 30,8 17,4 56.5

4. Псковская область 209,8 116,1 55,3

в т.ч.городское население 170,4 76,7 45,0

сельское население 39,4 39,4 100,0

5. Вологодская область 372,2 64,4 17,3

в т.ч.городское население 322,0 32,0 10,0

сельское население 50,2 32,4 64,5

6. Калининградская обл. 278,1 155,9 56,1

в т.ч.городское население 257,4 135,2 52,5

сельское население 20,7 20,7 100,0

7. Республика Карелия 215,9 8,0 3,7

в т.ч.городское население 198,5 6,3 3,2

сельское население 17,4 1,7 9,8

8. Мурманская область 956,7 57,6 6,0

в т.ч.городское население 728,9 46,5 6,4

сельское население 227,8 ИД 4,9

Итого по субъектам 5283,8 756,6 14,3

в т.ч.городское население 4757,0 531,3 ИД

сельское население 526,8 225,3 42,8

Наиболее высокий процент использования подземных вод отмечается для Калининградской области, где в системах городского водоснабжения доля подземных вод составляет 52,2 %, а мелкое водоснабжение сельскохозяйственных объектов полностью базируется на подземных водах.

Помимо хозяйственно-питьевого водоснабжения, подземные воды используются также для технического водоснабжения, орошения земель и обводнения пастбищ, а также в лечебных и бальнеологических целях. Общие объемы современного использования подземных вод достигают 1062,9 тыс. м3/сутки, при этом максимальная эксплуатация отмечается в Ленинградской области - 277,5 тыс. м3/сутсш, а минимальные в Республике Карелия - 12,5 тыс. м3/сутки.

Структура существующего использования подземных вод в рассматриваемом регионе выглядит следующим образом: 1) хозяйственно-питьевое водоснабжение - 70,5 %; 2) техническое водоснабжение - 28,4 %; 3) лечебное и бальнеологическое водоснабжение - 1,0 %; 4) орошение земель и обводнение пастбищ -0,1 %.

Представления о возможной структуре безопасного хозяйственно-питьевого водоснабжения могут быть получены путем сопоставления рекомендуемых нормативов, определяющих минимальную гигиеническую норму потребления воды на 1 человека и душевого потребного количества вод при организации водоснабжения городского или сельского населения.

С учетом возможной опасности быстрого загрязнения поверхностных вод под влиянием природных или техногенных катастроф и ориентируясь на создание условий устойчивого водоснабжения, мы предлагаем принять эколого-гидрогеологи-ческое концептуальное предложение, согласно которому удовлетворение минимальных гигиенических потребностей (30 л/сутки на 1 человека) в воде должно осуществляться за счет подземных вод. Тогда, оценка минимально необходимой доли под-

земных вод в общем объеме водопотребления может быть проведена с использованием следующий формулы:

W 1 = Gn ■ N / V , (1)

где W ] - минимальный уровень удовлетворения потребностей в воде хозяйственно-питьевого качества за счет подземных вод; Gn - минимальная гигиеническая душевая водопотребность; N -число жителей региона; V - общий объем водопотребления региона.

Теоретически, общий объем водопотребления может быть определен как

V = D - N, (2)

где D - нормируемая ду шевая водопотребность.

Учитывая (2), величина Wi может быть подсчитана по формуле:

Wj =Gn/D . (3)

В соответствии с действующими стандартами, величина нормируемой водопотребности ( D ) равна: для систем городского водоснабжения - 300 л/сутки; для систем сельского водоснабжения - 150 л/сутки. Тогда, используя принятые нами предпосылки и зависимость (3), минимально-необходимая доля подземных вод будет равна; для городского водоснабжения Wi = 10 %; для сельского водоснабжения - Wi = 20 %.

Величина Wi может быть определена как минимальный уровень использования подземных вод в структуре хозяйственно-питьевого водоснабжения. Для обеспечения надежности систем водоснабжения целесообразно ввести еще два показателя надежности, определяющих долю подземных вод в структуре водоснабжения региона: 1) минимально-гарантированный уровень (W2 = 2 Wi); 2) надежно-гарантированный уровень (W5 = 5 Wj).

При рассмотрении структуры водоснабжения в конкретных регионах, в качестве величины D может быть принята не формально нормируемая величина душевого водопотребления, а та величина душевого водопотребления, которая ело-

жилась в пределах рассматриваемой территории под влиянием естественно-исторических причин. Расчет по фактической величине Э показал, что минимальная водопотребносгь за счет подземных вод неудовлетворяется в г. С.-Петербурге и Республике Карелия. Для обеспечения минимально-необходимого уровня надежности (величина \У0 доля подземных вод но этим регионам должна быть соответственно не меньше 6 % и 9,8 %. В среднем по всем субъектам федерации величина \У1 оказывается равной примерно 7 %, в том числе для городского населения она должна составлять 6,6 %, а для сельского населения - 19,6 %. При этом, минимально-гарантированный уровень безопасности водоснабжения будет обеспечен при средней доли подземных вод равной 14 %, а надежно-гарантированный - при 35 %.

Полученные данные показывают, что структура фактического водопользования не позволяет говорить даже о минимально-необходимой степени надежности по Республике Карелия и г.С.-Петербургу.Если же говорить о надежных гарантиях (т.е. по величине "№5), надежным можно призпатъ организацию систем хозяйственно-питьевого водоснабжения только в Калининградской области. В остальных регионах структура городского водоснабжения, в той или иной степени оказывается ненадежной.

Обобщая материалы по всем генетическим типам месторождений подземных вод, распространенных на описываемой территории, (см. табл. 2), можно сделать вывод о том, что в количественном отношении по числу разведанных участков для северо-запада наибольшее значение имеют месторождения в артезианских бассейнах платформенного типа и месторождения в надморенных и межморенных водноледниковых отложениях (включая сюда месторождения погребенных речных долин и палеоврезов). В то же время, в отношении водообильности наибольшее значение имеют месторождения в массивах трещинно-карстовых пород, в современных речных долинах и артезианских бассейнах. В частности, эксплуатационные запасы по пяти наиболее крупным месторождениям данных генетических

типов составляют 41,9 % от общих утвержденных запасов всего региона. Максимальные апробированные эксплуатационные запасы подземных вод - 400 тыс. м3/сутки, отмечаются для Ижорского МПВ, являющегося самым крупным на северо-западе РФ. В то же время, средние объемы утвержденных эксплуатационных запасов по разведанным месторождениям составляют примерно 23 тыс. м3/сутки, а по отдельным участкам месторождений - 16 тыс. м3/сутки.

Таблица 2.

Основные генетических типов М ПВ СЗ России

№ п/п Генетический тип МПВ Доля разведанных участков МПВ данного типа; %

1. Артезианские бассейны платформенного типа 50,0

2. Надморенные и межморенные водно-ледниковые отложения 33,3

3. Массивы трещинно-карстовых пород 8,0

4. Современные речные долины 5,8

5. Конуса выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин 2,9

Создание систем устойчивого подземного водопользования, ориентированного на отбор возобновляемой части эксплуатационных запасов подземных вод, оказывается возможным на месторождениях в речных долинах, в массивах трещинно-карстовых пород, конусов выноса и межгорных впадин. Частичная возобновляемость возможна на месторождениях в надморенных и межморенных водноледниковых отложениях, а также в краевых частях артезианских бассейнов. В качестве классификационных показателей для определения степени потенциальной устойчивости подземного водопользования могут быть использованы величины возобновляемой (естественные ресурсы и привлекаемые ресурсы, формирующиеся за счет привлечения части поверхностных водных ресурсов, участвующих в

гидрологическом водообороте) и невозобновляемой частей подземных водных ресурсов при эксплуатационном водоотборе. Предлагаемые нами классификационные показатели представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Классификация систем водопользования по степени _их потенциальной устойчивости _

№ п/п Использование возобновляемой (С) вот) и невозобновляемой (р келт) частей подземных водных ресурсов при эксплуатационном водоотборе Степень потенциальной устойчивости водопользования

1. 0 <= 10 % и С> нгага 1 % Устойчивы

2. 0 10 % и/или <3 „ево, <= 10 % Частично устойчивые

3. д во, > 10 % и <?Невоэ>10% Неустойчивые

Средняя обеспеченность современного водоотбора за счет подземных вод по субъектам федерации северо-западного региона России составляет примерно 41 %, что позволяет обеспечить безопасную структуру водопользования. На ближайшую перспективу, с учетом величин прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных под, эта цифра может быть еще больше увеличена.

Глава 7. Создание постоянно-действующих моделей крупных гидрогеологических структур.

Проблемы создания и эксплуатации постоянно-действующих моделей (ПДМ) крупных гидрогеологических структур рассматривались на примере модели Ижорского МПВ.

Впервые оценка региональных эксплуатационных запасов западной части Ижорского МПВ методами численного моделирования была проведена при расчете запасов Ленинградского артезианского бассейна в 1982 г. группой специалистов под руководством А.А.Рошаля. Затем, численная модель, включавшая в

себя всю северную часть месторождения, была разработана В.С.Плотниковым в 1984 г.

Создание новой, полее полной, численной гидрогеологической модели Ижорского месторождения было начато нами в 1991 г. в связи с оценкой эксплуатационных запасов подземных вод для водоснабжения г.г. Ломоносов, Кронштадт и Петрод-ворец. Затем, работы над моделью были продолжены с целью исследования возможности изменения систем водоснабжения гг. Гатчины и Ломоносова.

При создании численной модели наиболее сложными оказались проблемы согласования общего баланса и моделирования родникового стока.

Прежде, чем приступить к решению задач непосредственно на модели, были проведены специальные исследования, которые позволили обоснованно выбрать начальные условия по уровням и расходам подземных вод. Это особенно важно для такого крупного региона как Ижорская возвышенность, в пределах которой наблюдается довольно сложная корреляционная зависимость между показателями водности, рассчитанными по величинам атмосферных осадков, уровням подземных вод и величинам подземного питания в пределах различных бассейнов стока. Наилучшее совпадение данных по обеспеченности наблюдается по среднегодовым показателям 95 % обеспеченности в 1972-73 гг.

С учетом полученных результатов, для решения обратной и прямой задач использовалась карта гидроизогипс, отвечающая среднегодовым 30-суточным уровням 95 % обеспеченности на 1973 г. Уровни подземных вод, а также все гидрологические данные по подземному бассейновому стоку были приведены к среднегодовым показателям 95 % обеспеченности.

Моделирование родникового стока в виде задания граничных условий 1-го рода по линии глинта, дискретного моделирования родников с заданным расходом или задании на конкретных родниках граничных условий 1-го рода, отвечаю-

щих абсолютным отметкам выхода родников на дневную поверхность, показало предпочтительность последнего способа моделирования. Возникающие при этом ошибки в положении уровней охватывают лишь локальную зону (1-2 блока), прилегающую к блоку с моделируемым род-инком. Более сложные способы моделирования родников как границ 3-го рода на региональной модели оказались затруднительными в силу отсутствия информации о дополнительных фильтрационных сопротивлениях на конкретных родниках, подбор же этих показателей на самой модели резко усложняет постановку задачи, делая ее решение неоднозначным в силу очень большого числа одновременно подбираемых параметров. Кроме того, при моделировании родниковой разгрузки при различных абсолютных отметках выходов родников на дневную поверхность, необходимо учитывать различные нелинейные процессы, проявляющиеся при фильтрации. Данные нелинейные процессы связаны, прежде всего, со сложным характером перераспределения расходов родников при осушении и насыщении области формирования родникового стока в пределах гидрогеологических систем.

Построенная численная модель, прежде всего, была использована для решения следующих задач:

1) оценка эксплуатационных запасов подземных вод по проектируемым водозаборам;

2) оценка ущерба родникового стока по бассейнам северной (приглинтовой) части Ижорского МПВ, в случае включения в эксплуатацию новых водозаборов подземных вод;

3) изучение условий формирования и искусственного регулирования родниковой разгрузки в бассейне р. Стрелки (см. гл.8).

4) оценка возможности увеличения водоотбора в районе Варваросинских и Перелесинских родников.

В целом, существующая в настоящее время ПДМ представляет собой развивающуюся систему, которая постепенно начинает приобретать черты экспертной системы. При этом,

одним из самых главных вопросов является согласование исходных гидролого-климатических данных, имеющих вероятностно-статистический характер, с детерминированной структурой самой численной модели.

Глава 8. Искусственное регулирование родниковой разгрузки подземных вод

В данной главе рассматриваются вопросы связанные с исследованием возможности и оценки целесообразных пределов искусственного регулирования и управления родниковым стоком, при котором обеспечивается устойчивое функционирование систем подземного водоснабжения.

Регулирование и управление подземными водными ресурсами в пределах зон родниковой разгрузки должно осуществляться при обеспечении минимального воздействия на сложившиеся природные условия, т.е. путем получения максимальных объемов подземных вод в течение длительных промежутков времени при устойчивом функционировании самого объекта регулирования. При этом регулирование родников должно вестись в направлении перераспределения их внутри-годового стока. В этих условиях, предлагается идти по линии создания таких систем регулирования, при которых объем воды, накопленный в области формирования родникового стока, вытекал бы как можно более равномерно с уменьшением расходов в паводковые периоды и возрастанием их в межень.

Методы регулирования родникового стока могут быть подразделены на следующие группы:

1) методы, основанные на изменении условий выхода родника на дневную поверхность;

2) методы, основанные на создании горизонтального при-склонового дренажа;

3) регулирование путем создание вблизи родника водозаборов из обычных вертикальных скважин;

4) регулирование с помощью горизонтальных водозаборных скважин;

5) сооружение в районе выхода родника горизонтальных или слабо наклонных галерей (штолен);

6) регулирование путем искусственного восполнения запасов и ресурсов подземных вод в области формирования родникового стока;

7) комбинированные способы.

Изменение условий выхода родника на дневную поверхность может быть реализовано как в самой родниковой воронке (выполнение специального каптажа родника), так и в непосредственной близости от родника (различные виды плотин и подземного барража).

Регулирование в самой родниковой воронке может быть выполнено путем:

1) снижения отметки выхода родника, путем искусственного углубления родниковой воронки;

2) за счет изменения перепада напоров в пласте и в родниковой воронке путем искусственного изменения уровня воды в каптажном сооружении, построенном над родником;

3) создания искусственного дополнительного гидравлического сопротивления.

Разработанная методика искусственного регулирования была апробирована на ряде крупных подземных источников, в частности, в бассейне р. Стрелки (Ижорское плато). Выбор бассейна р. Стрелки в качестве объекта изучения был связан с тем, что подземный родниковый сток этого бассейна имеет важное значение для водоснабжения г. Петродворца, в том числе, для гидротехнической системы питания Петродворцовых фонтанов.

Анализ результатов численного моделирования методов искусственного регулирования родникового стока в долине р. Стрелка на ПДМ "Ижорское МПВ" показал слабую эффективность методов пассивного искусственного регулирования. Наиболее перспективными в условиях Ижорского МПВ являются методы гидравлического барража и прямого воздействия на

родниковую воронку, которые позволяют увеличить минимальный меженный расход примерно на одну треть.

Глава 9. Очистка и доочистка подземных во непосредственно в пластовых ус л рейх.

Во многих случаях, добываемые подземные воды могут иметь относительно небольшие отклонения по качеству, не позволяющие использовать их для хозяйственно-питьевых целей без специальной водоподготовки. Для северо-западного региона России характерно повышенное содержание в подземных водах, главным образом, железа и марганца. Доля участков, требующих специального обезжелезивания, в целом по региону достигает 55 %, необходимость деманганации возникает также примерно на каждом втором из разведанных или эксплуатируемых участках МПВ.

Для доведения подземных вод до нормативных требований могут быть использованы методы дополнительной очистки или доочистки на поверхности, после их извлечения из водоносных горизонтов. При использовании поверхностных методов очистки возникает множество проблем, главные из которых связаны с необходимостью складирования или захоронения остающегося токсичного фильтрата.

В современных условиях перспективным представляется очистка и доочистка откачиваемых вод непосредственно в пластовых условиях. Сущность данного метода заключается в закачке в пласт насыщенной кислородом воды с последующим осаждением гидрооксидов железа и марганца в поровом пространстве пласта.

Полученные, в процессе выполнения экспериментальных опытно-промышленных работ по односкважинной системе (схема "закачка-откачка") на месторождениях "Корчмино" и "Зеле-ногорское", результаты позволяют говорить о практической отработке технологии создания окисленной зоны с каталитической пленкой. Используя реагентную закачку щелочи и фильтрацию закачиваемой воды через карбонатный фильтр уда-

лось всего лишь за 10 фильтроцтслов выйти на устойчивое снижение содержания железа до 0,3 мг/дм3 (т.е. снижение концентрации общего железа в 20-25 раз) при соотношении объемов закачиваемых и откачиваемых вод не менее 3,1 - 3,5. Одновременно удалось снизить содержание марганца в откачиваемых водах примерно в 2 - 2,5 раза. Экспериментально установлено, что критическое содержание растворенного кислорода в откачиваемых подземных водах находится в пределах 1-1,5 мг/дм3.

Характер снижения содержания марганца в откачиваемых водах может свитедельствовать о протекании процессов вторичной его сорбции на выпадающих гидрооксидах железа. При этом, чем больше время контакта растворенного марганца с породами имеющими каталитическую пленку гидрооксидов железа, тем более интенсивно сорбируется МгГ2. В этих условиях процесс деманганации имеет волнообразный характер, параметры которого будут зависеть от сорбционой емкости выпадающих гидрооксидов железа и кинетики протекания данного процесса.

На действующих водозаборах, при работе по одно-скважинной схеме "закачки-откачки", технология проведения экспериментов по очистке в пластовых условиях должна включать следующие главные моменты:

1) проведение опытно-фильтрационных работ на эксплуатационных скважинах, с целью уточнения конкретных значений фильтрационных параметров и состояния прифильтровой зоны скважин;

2) проведение экспериментов по окислению в свободной среде, для оценки наличия трудноокисляемых форм железа и марганца и решения вопроса о принципиальной возможности окисления в пластовых условиях;

3) оценка величины минимального объема закачиваемой в пласт аэрированной воды Данный минимальный объем определяется из необходимости создания гидрохимического барьера на расстоянии 10 и более метров от опытной скважины;

4) выполнение серии фильтроциклов, включая сюда и реа-гентную закачку, по созданию каталитической зоны, на которой будет происходить высаживание железа и марганца.

Глава 10. Гидрогеологические проблемы при взаимодействии нескольких типов недропользования.

В главе рассмотрены примеры, показывающие влияние различных типов и видов недропользования при их совместном осуществлении на подземные водные ресурсы и на изменение эколого-гидрогеологических условий прилегающих территорий.

Прежде всего, расмотрено влияние подземных газовых хранилищ (ПХГ) на изменение эколого-гидрогеологических условий прилегающих территорий.

Влияние Гатчинского ПХГ проявляется в следующих аспектах:

1) изменение режима давлений в гдовском водоносном комплексе. Эти изменения прослеживаются даже на территории г.С.-Петербурга, что фиксируется режимными скважинами сети мониторинга подземных вод;

2) безвозвратные утечки газа ( до 2 млн. м3 в год) и их последующее рассеивание в геологическом пространстве;

3) "выдавливание" солоноватых и соленых вод гдовского водоносного горизонта в вышележащие водоносные горизонты.

При эксплуатации Невского ПХГ происходит загрязнение горизонта оболовых песчаников, куда закачиваются загрязненные пластовые воды, поступающие на поверхность вместе с откачиваемым газом. Аналогичные проблемы могут возникнуть и на проектируемом Романовском ПХГ, где в период строительства предполагается размывать полости в отложениях пермских солей с последующей закачкой образующихся высокоминерализованных вод в нижезалегающие девонские отложения.

В качестве примеров, показывающих влияние интенсивности снижения водоотбора технических подземных вод гдовского водоносного горизонта месторождения "Санкт-Петербург" на другие виды недропользования, несвязанные с добычей по-

лезных ископаемых, рассмотрены Северная станция аэрации и метрополитен г.С.-Петербурга, где проявились катастрофические деформации строительных конструкций. Причины этих деформаций могут быть, в частности, связаны с изменением общей гидрогеомеханической ситуации на участках сооружений, т.е. могут быть связаны с изменениями напряженного состояния вмещающих водонасыщенных пород. В свою очередь, эти изменения могут быть обусловлены изменениями геологогид-рогеологических и инженерно-геологических условий в более широком региональном плане. При этом, особого внимания заслуживает изучение влияния на изменение гидрогео-механических условий восстановление напоров в нижеза-легающем гдовском водоносном горизонте, где за последние 7 -10 лет напоры восстановились на 30 - 35 м. Восстановление напоров в гдовском водоносном горизонте связано со снижением эксплуатационной нагрузки на него и выводом из эксплуатации целого ряда водозаборных скважин в черте города и в его ближайшей окрестности.

В главе рассмотрено также влияние горных работ ПО "Апатит" на эксплуатацию подземных вод месторождения "Вудъяврское", расположенного на приозерной низменности озера Большой Вудьявр в 2 км от г. Кировска Мурманской обл.

Подземные воды, эксплуатируемые водозабороми в пределах Вудьяврского МПВ, не соответствуют требованиям по содержанию алюминия и водородному показателю, что связано с геолого-геохимическими особенностями месторождения. Кроме того, для подземных вод месторождения характерно проявление постепенно развивающегося нитратного загрязнения.

Источником нитратного загрязнения являются рудничные воды ПО "Апатит " и бытовые стоки поселков Юкспорйок и Кукисвумчорр. Величины концентраций нитратов в откачиваемых рудничных водах, достигают довольно больших величин превышающих 60 мг/дм3. Рудничные воды сбрасываются в по-

верхностные водотоки, откуда они инфильтруются в эксплуатируемые водоносные горизонты.

Рост нитратного загрязнения отмечается в эксплуатационных скважинах самого мощного на Вудьяврском МПВ водозабора " Центральный ". Например, за период 1984 по 1995 гг. в эксплуатационных скважинах 9э, 10э, содержание нитратов возросло примерно в 6 раз, достигая максимальных значений 1011 мг/дм3. Содержание нитратов в водозаборах " ист. Ключевой " скв.5 ", расположенных в Юкспорйокской долине, в среднем также находятся в пределах 10-12 мг/дм3, однако, максимальные концентрации здесь достигают 30 мг/дм3.

В заключение главы отмечено, что рассмотренные в ней примеры показывают необходимость обоснования гидрогеологических критериев выделения приоритетных типов или видов недропользования при их совместном осуществлении в пределах исследуемого региона. Можно предположить, что для регионов, где структура хозяйственно-питьевого водоснабжения не является оптимальной и безопасной, приоритетным должно быть признано недропользование связанное с добычей подземных вод.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1. В работе показано, что совокупность гидрогеологических проблем, возникающих при недропользовании, целесообразно объединить и исследовать в рамках нового научного направления, для названия которого предлагается использовать термин - "Гидрогеологические проблемы недропользования".

2. В работе предложено в качестве теоретико-методологической основы нового научного направления использовать идеи концепции устойчивого развития, развивая их применительно к проблемам использования подземных водных ресурсов.

3. В работе проведена оценка современного состояния использования подземных водных ресурсов Северо-Запада

России. Предложена методика обоснования безопасной структуры водоснабжения, при которой подземным водным ресурсам отводится роль гаранта получения качественных питьевых вод. По регионам северо-запада РФ получена предварительная оценка обеспеченности подземными водами хозяйственно-питьевого назначения.

4. Материалы исследований по всем генетическим типам месторождений подземных вод, распространенных на территории ЗС РФ, показывают, что в количественном отношении, по числу разведанных участков, наибольшее значение имеют месторождения в артезианских бассейнах платформенного типа и месторождения в надморенных и межморенных водноледни-ковых отложениях. В отношении водообильности наибольшее значение имеют месторождения в массивах трещинно-карстовых пород, в современных речных долинах и артезианских бассейнах.

5. Для оценки эксплуатационных запасов и прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод, а также для обоснования стратегии лицензирования объектов недропользования, предложена методика разработки, создания, совершенствования и использования постоянно-действующих моделей крупных гидрогеологических систем.

6. В процессе выполненного анализа выявлено, что одним из эффективных методов повышения надежности и устойчивости использования подземных водных ресурсов может стать организация систем водоснабжения путем каптирования природных источников в условиях искусственного регулирования родниковой разгрузки, что особенно важно при решении проблем водоснабжения Санкт-Петербурга и его ближайших пригородов.

7. Экпериментально установлено, что наиболее перспективным методом устранения повышенного содержания железа и марганца в подземных водах хозяйственно-питьевого назначения на СЗ РФ является их обезжелезивание и деманганация непосредственно в пластовых условиях

8. При одновременном осуществлении нескольких видов недроподь-зования необходимо учитывать их взаимовлияние, которое может привести к нежелательному изменению эколого-гидрогеологнческой обстановки на исследуемой территории. Отмечается, что при совместном осуществлении нескольких видов использования недр, даже изменение интенсивности одного из видов может вызвать существенные осложнения для реализации других видов недропользования.

В заключении отметим, что в работе обозначены крупные гидрогеологические проблемы недропользования, начиная с теоретико-методологических и заканчивая прикладными. В дальнейшем, необходима конкретизация и более детальная проработка перечисленных проблем в рамках развиваемых концептуальных положений нового научного направления.

Основные положения диссертации опубликованы в работах.

1. Антонов В.В. К вопросу об определении расчетных гидрогеологических параметров неоднородных водоносных горизонтов // МОИП, отд. Геологии, 1974, т. 49, 3. - с. 12-13.

2. Антонов В.В., Мироненко В.А. Сравнительный анализ расчетных гидрогеологических параметров, определяемых одиночными и кустовыми откачками // Разведка и охрана недр, 1975, № 3.- с.21-25.

3. Антонов В.В., Сердюкова В.П. О возможности использования шахтных вод для водоснабжения Старо-Оскольского горнопромышленного района КМА/ Тезисы докл. Конф. "Человек и окружающая среда". - Л.: изд. ЛПИ, 1975. - с. 34-35.

4. Антонов В.В. Исследование вопросов осреднения фильтрационных параметров на ЭЦВМ и АВМ / Тезисы докл. Всес. конф. "Новейшие матем. исследов. и моделирование процессов переноса подз. вод". - Киев, 1976. - с.18-19.

5. Антонов В.В., Мироненко В.А. Вопросы анализа фильраци-онной неоднородности водоносных пластов.// Водные ресурсы, 1977, № 1,- с.41-47.

6. Антонов В.В. Использование интегро-разкостных схем для модели-рования геофильтрации / Тезисы докл. Всес. конф. По вопросам моделиров. переноса подз. вод. - Л., 1978. - с. 27.

7. Антонов В.В., Мироненко В.А. Пространственная измен-чи-вость показателей геофильтрационных свойств / В кн. "Теория и методы интерп. опытно-фильтр. работ". - М.: Недра, 1978.-с. 48-52.

8. Антонов В.В., Мироненко В.А. Особенности интепретации откачек в планово-неоднородных пластах / В кн. "Теория и методы интерп. опытно-фильтр. работ". - М.: Недра, 1978.-с.56-58.

9. Антонов В.В., Мироненко В.А. Возможности статистического анализа результатов опытно-фильтрационных работ / В кн. "Теория и методы интерп. опытно-фильтр. работ". - М.: Недра, 1978. - с.61-63.

Ю.Антонов В.В., Мироненко В.А. Расчетные геофильтра-цион-ные параметры как обобщение совокупности локальных определений / В кн. "Теория и методы интерп. опытно-фильтр. работ". - М.: Недра, 1978. - с. 127-130.

И.Антонов В.В. Моделирование на ЭЦВМ неустановившейся фильтрации подземных вод с использованием трехслойных схем // Записки ЛГИ, 1982, т. 83. - с.41-43.

12.Антонов В.В. Поиски и разведка месторождений подземных вод. - Л.: изд. ЛГИ, 1983. - 92 с.

13.Antonov V.V., Guardado R. Sobre la formación de la composicion química de las aguas subterráneas en la cuenca Paradas en la cuidad de Santiago de Cuba. Revista Minería y Geología, Cuba, 1983, 3, p.95-108.

14.Антонов В.В. Динамика подземных вод. Практикум. - Л.: изд. ЛГИ, 1984. -71 с.

15.Антонов В.В., Назима В.Н. К выбор}' критериев оптимизации дренажных систем подземных горных выработок // Уголь, 1984, №8. - с. 12-15.

16.Антонов В.В., Бережной В.А. Определение фильтрационных параметров циркуляционных систем по данным экспресс-опытов / В сб. ''Гидрогеология и инж. геол. Математические методы анализа информации". - Новочеркасск: изд. НПИ, 1984. - с. 54-57.

17.Antonov V.Y., Korotkov A.I., Pavlov A.N. Hydrogeological Aspects of Shelf Regions. 27 Int. Geol. Congr., M„ 1984, p. 237.

^.Антонов B.B., Коротков А.И., Павлов A.H. Проблемы гидрогеологии шельфовых областей Н Водные ресурсы, 1985, № 3. -с. 41-42.

19.Антонов В.В. К гидрогеохимиии никеля в зоне гипергенеза / В сб. " Формирование хим. состава подз. вод". - Л.: изд. ЛГИ, 1985. - с.57-60.

20.Антонов В.В., Ярцев H.A. Вопросы оценки фильтрационных параметров трещинных сред / В сб. " Фильтр, и миг. процессы в массивах горных пород". - Л.: изд. ЛГИ, 1985. - с.120-122.

21.Антонов В.В. Практикум по оценке эксплуатационных запасов подземных вод.- Л.: изд. ЛГИ, 1985. - 71 с.

22.Антонов В.В. Математические методы в гидрогеологии и инженерной геологии. - Л.: Изд.ЛГИ, 1987. - 87 с.

23.Антонов В.В. Принципы построения моделей геологического пространства в задачах геологии и гидрогеологии // Записки ЛГИ, 1988, т. 115.- с.11-13.

24.Антонов В В., Павлов А.Н. Физические формы массопереноса в системе вода-порода / В кн. "Общая гидрогеология". - Л.: Недра, 1988.-c.115-131.

25.Антонов В.В., Павлов А.Н. Геофизические поля как энергетический фактор массопереноса в системе вода-порода / В кн. "Общая гидрогеология". - Л: Недра, 1988. - с.81-88.

26.Antonov V.V. Interpretace expresnich palevovych zkousek. Sem. NEPTUN, Chrudim, CSFR, 1990,- 8 p.

27.Ahtohob B.B., Бережной В.А. Гидрогеологические условия Быстринского месторождения камчатки // Записки ЛГИ, 1991, т. 121.- с.22-25.

28.Антонов ВВ., Грейсер Л.Е., Грейсср Е.Л. Оценка ущерба родниковому' стоку от работы водозаборов на месторождениях трещинно-карстовых вод // Тезисы докл. Междунар. Семинара "Экологическая гидрогеология стран Балтийского моря". СПб., 1993. - с.83-84.

29.Антонов В.В. Водоснабжение Санкт-Петербурга // Вестник Эко-фестиваля, изд. СПбГУ, 1994, № 2.- с.1.

30.Антонов В.В. Природные ресурсы и экология // Вестник Эко-фестиваля, изд. СПбГУ, 1994, № 2. - с.1.

31.Антонов В.В. Экологические законы и риск // Вестник Эко-фестиваля, изд. СПбГУ, 1994, № 3. -с.2

32.Антонов В.В. Получение лицензий на право пользования недрами. - СПб.: Пангея. - 1994. - 26 с.

33.Антонов В.В. Ресурсосберегающая стратегия регулирования родникового стока//Зап. СПбГГИ, т.1(142), 1995. - с.208-224.

34.Антонов В.В. О возможных новых направлениях и специализациях в рамках вузовского и поствузовского гидрогеологического образования / В сб."Современные проблемы гидрогеологии. Пятые толстихинские чтения".СПб., изд. СПбГГИ, 1996.-е. 168-169.

35.Антонов В.В., Кальм В.А., Николаев Ю.В., Соболева Н.С., Шарошкина Г.С. Оценка обеспеченности подземными водными ресурсами северо-западного региона России / В сб. "Современные проблемы гидрогеологии. Пятые толстихинские чтения". СПб., изд. СПбГГИ, 1996,- с. 87-89.

36.Антонов В.В. Обоснование принципов оптимизации использования подземных водных ресурсов / В сб."Современные проблемы гидрогеологии. Пятые толстихинские чтения". СПб., изд. СПбГГИ, 1996,- с. 84-86.

37.Антонов В.В. Гидрогеологические проблемы недропользования (теоретические аспекты).- СПб.: Пангея, 1997. - 91с.