Нам часто задают вопросы, как может быть, что размеры второго пояса меньше первого.

Отвечаем, что размеры первого пояса ЗСО нормативно установлены СанПиН 10-113 РБ 99, а  размеры 2-го и 3-го поясов рассчитываются и при определенных параметрах (небольшом водоотборе и больших мощностях водоносных отложений) имеют маленькие значения.

Ниже приведено обоснование и ответы на часто возникающие вопросы по зонам санохраны с точки зрения практика гидрогеолога, что не учитывалось при  разработке СанПиН 10-113 РБ 99.

Размеры 1-го пояса, в первую очередь, зависят от того, какой водоносный горизонт эксплуатируется – защищенный или нет.

По имеющимся результатам гидрогеологических исследований произведенных при  мелиоративной и инженерно-геологической съемках на территории Белоруссии, известно, что прямая гидравлическая связь  грунтовых вод с поверхностными существует только для грунтового горизонта.

Для более глубоких горизонтов гидравлическая связь зафиксирована в случае наличия палеоврезов или глубоковрезанных долин (а это крупные реки); т.е.  гидравлическая связь с поверхностными водотоками актуальна для русловых и береговых водозаборов в аллювиальных отложениях и изучается в процессе специальных опытных работ (бурятся кусты опытных наблюдательных скважин параллельно и перпендикулярно реке).

Таким образом, если в пределах зон санитарной охраны изучаемых водозаборных скважин крупные поверхностные водоемы (реки, озера, каналы) отсутствуют, непосредственной прямой гидравлической связи изучаемых источников водоснабжения с поверхностными водоемами в зоне влияния водозаборов нет.  Чтобы доказать обратное, в каждом случае, необходимо, проведение специальных дорогостоящих  гидрогеологических исследований.

В тоже время, по результатам режимных наблюдений на многочисленных объектах активного загрязнения (животноводческие комплексы, поля фильтрации, очистные сооружения и др.), свидетельствуют, что загрязняются только грунтовые воды. При наличии, даже небольших по мощности (до 5-10 м) прослоев слабопроницаемых моренных супесей и суглинков, не говоря уже о глинах, даже первые напорные водоносные горизонты  не загрязнены и динамики ухудшения качества подземных вод не наблюдается.

Для условий Белоруссии подавляющее число водозаборных скважин расположены в областях водоразделов, где прямой гидравлической связи напорных (в том числе и четвертичных) водоносных горизонтов с поверхностными водными потоками нет.

Хотя, конечно, гидравлическая связь всех водовмещающих горизонтов зоны активного водообмена (включая и поверхностные водотоки) существует, она  характеризуется коэффициентом вертикальной фильтрации водовмещающих и водоупорных пород. Величина  коэффициента вертикальной фильтрации (проницаемости) определяется лабораторным путем и аналитическим расчетом по данным опытно-фильтрационных работ.

Величина  коэффициента вертикальной фильтрации (проницаемости) водоупорных отложений по данным опытных работ определяется по формуле:

, где

Ко – коэффициент фильтрации пород, м/сут.,
mo – мощность водоносной толщи, м.

Например, коэффициент фильтрации плотных глин изменяется от  0,01 до 0,001 м/сут.

Тогда коэффициент вертикальной фильтрации при мощности глин в 1м составит:

Откуда время фильтрации воды через слой глин мощностью 1 м будет находиться в пределах: 100 суток —  1000 (2,74 года) суток.

Коэффициент фильтрации суглинков составляет 0,1 — 0,01м/сут. Тогда
при мощности слоя суглинка в 1 м величина коэффициента вертикальной
фильтрации составит:

Следовательно, срок фильтрации  через слой суглинка мощностью 1 м будет изменятся от  10 до 100 суток соответственно.

Коэффициент фильтрации супесей составляет 0,5 — 0,1м/сут. При аналогичном расчете через 1 м супесей вода будет фильтроваться будет находиться в пределах 5 – 10 суток.

В 90-х годах прошлого столетия проводилось геоэкологическое картирование всей территории Белоруссии сотрудниками Белорусской ГГЭ  совместно с научно-исследовательским институтом БелНИГРИ, где впервые проводились исследования о продвижении химических элементов (загрязняющих веществ) в зоне аэрации.

По направлению  розы ветров, по профилям, через территории крупных городов Белоруссии, в т.ч.  Бреста, Барановичи и Пинска бурились скважины на всю мощность зоны аэрации и отбирались образцы почво-грунтов на содержание химических элементов, чтобы проследить их нисходящую вертикальную миграцию.

Результаты этих исследований показывают, что путь перемещения любого элемента в грунтах зоны аэрации непредсказуем и почти незакономерен, а на глубинах более 5 м совсем не обнаруживается.

Эти исследования показывают, что все химические и другие элементы (загрязняющие вещества) имеют препятствия на пути следования, т.н.  геохимические барьеры, которыми являются даже тонкие (10 см) глинистые линзочки и прослойки,  исполняющие роли сорбентов.

Так мы имеем пример с радионуклидами Чернобыльского ореола (исследования БГГЭ), которые сорбируются 20 см почвенным гумусированным слоем и ниже его практически не мигрируют. Но по формулам гидродинамических расчетов, они уже должны были появляться в напорных водоносных горизонтах.

Следует отметить, что природные радиоактивные аномалии в осадочных породах обнаруживаются только в глинистых или гумусированных прослойках мощностью даже в 5 см, которые и являются сорбентами радиоактивных элементов (работы по массовым поискам БГГЭ).

Все вышеизложенное указывает на то, что применяемые математические формулы гидродинамических расчетов, обладают большим запасом прочности, т.к. предполагают появление загрязняющих веществ в подземных водах водоносных комплексов, не учитывая гидрохимические процессы природной экосистемы.

Т.о., при наличии в кровле эксплуатируемого водоносного  комплекса (горизонта) водоупорных пород (глин, суглинков, супесей) достаточной мощности, водозабор следует относить к защищенным.  Величину достаточной мощности водоупора необходимо определять по результатам  гидрогеологических исследований (бурение наблюдательных скважин, проведение опытных откачек), что не реально для каждого одиночного водозабора.

Да в этом и нет необходимости, поскольку водоупорные толщи моренных супесей, суглинков, глин сожского, днепровского и березинского ледников, мергельно-меловых пород меловой системы практически однотипны по литолого-фациальному  составу по всей площади их распространения в Республике.

Фильтрационные же параметры (водопроницаемость, коэффициенты вертикальной фильтрации) вышеназванных пород обусловлены особенностями геологического (наличие палеоврезов, тектонических разломов), геоморфологического (водораздельные пространства или долины рек) строения территории.

Количественные характеристики фильтрационных параметров водоупорных пород достаточно хорошо изучены в процессе съемочных  работ на территории всей республики, а также в ходе гидрогеологических исследований для водоснабжения обласных центров и всех районных центров  Белоруссии и города Минска.

Так по данным гидрогеологических исследований в пределах водозаборов г.Бреста коэффициент фильтрации днепровской морены составляет 0,23-5,5х10-3 м/сут.

Величина коэффициента вертикальной фильтрации, определенная по вышеприведенной формуле, составляет 1х10-3 1/сут – 1-2х10-5 1/сут.( отчет Аверков, 1987); т.е. время фильтрации воды сквозь морену при мощности ее в 1 м составит 1000 – 20000 сут.; при мощности в 10 м – соответственно 10000 и 1-200000 сут.

Коэффициент фильтрации мергельно-меловых пород на водозаборах г.Бреста составляет в среднем 4,0х10-3 м/сут (там же). Величина коэффициента вертикальной фильтрации при средней мощности пород ~140м составит:

т.е. время для фильтрации воды через мергельно-меловую толщу (в эксплуатируемый нижнесеноманский водоносный горизонт) составит ~3х10⁵ сут. (порядка 822 лет).

Следует отметить, что значения коэффициентов фильтрации, коэффициентов вертикальной фильтрации (проницаемости) водоносных и водоупорных пород, определенные по данным опытно-фильтрационных и режимных гидрогеологических работ с использованием параметра перетекания наиболее достоверны, поскольку они отражают суммарную проницаемость пород на больших площадях, а не точечные их характеристики, полученные по лабораторным данным или одиночным скважинам, которые приведены в справочных изданиях прежних лет.

Исходя из опыта эксплуатации водозаборов Белоруссии, учитывая вышеприведенные сведения, сайт gidroproekt.by предлагает при наличии в кровле водоносного горизонта 10 м и более глинистых пород (супесей, суглинков, глин) относить водозабор к защищенным.

К вопросу о наличии гидрогеологических окон в верхних водоупорных горизонтах. Несомненно в разрезе моренных комплексов, присутствуют линзы и прослои песчаных  и гравийно-галечных пород. Но в соответствии с СанНиН  10-113 РБ 99 к недостаточно защищенным отнесены  воды, которые получают питание на площади ЗСО из грунтового горизонта или поверхностного водотока, т.е. когда эксплуатируемый комплекс имеет непосредственную прямую связь с последними, создавая единую обводненную толщу, у которой отсутствует зона аэрации.

Но если, в разрезе изучаемой скважины в кровле эксплуатируемого горизонта присутствует водоупорные породы, мощностью 10, 20 или больше метров, то их отсутствие в пределах ЗСО можно доказать только бурением новых скважин по сетке. Что тоже не реально по экономическим соображениям.

Для возможности проведения любых гидрогеологических и геологических расчетов принимаются допущения, что имеющаяся информация будет верной в пределах определенной площади, пока не будет доказано обратное.

Т.е. имеющийся по изучаемой скважине геологический  разрез, по принципам геологических наук,  принимается одинаковым во всех направлениях и  теоретически не меняется до следующей скважины. Из чего следует, если в соответствии с геологическим разрезом в скважине эксплуатируемый горизонт защищен, то и в пределах ЗСО, при отсутствии других изученных разрезов,  он будет защищен. Если в разрезе скважины отсутствуют водоупоры, то это распространяется и на ближайшие площади ЗСО.

Для надежно защищенных горизонтов граница первого пояса ЗСО установлена СанПиНом радиусом не менее 30 м для каждой скважины при защищенном горизонте подземных вод или не менее чем 50 м при эксплуатации недостаточно защищенных подземных вод.

Для некоторых водозаборов, расположение которых исключает вероятность загрязнения почвы и подземных вод, а также для вoдoзабoрoв, распoлoжeнных в благоприятных гидрогеологических и санитарно-технических  условиях, допустимо сокращение первого пояса ЗСО в два раза, при условии согласования с местной  санитарно-эпидемиoлoгичeской службой до 15 или 25 м соответственно.

СанПиН 10-113 издан в 1999г. и с тех пор начали обращать особое  внимание на наличие пояса строгого режима на одиночных скважинах. Уменьшение размеров 1-го пояса произошло ранее до издания СанПина практически повсеместно, нередко в момент бурения.

Очень часто,  ближайшие окрестности ПСР застроены и увеличить размеры пояса не представляется возможным чисто технически. При жестком требовании о выдерживании радиуса в 30м (т.е 60 на 60) или 50м ( площадка 100х100м = 1га), немедленной ликвидации будут подлежать 25-30% существующих водозаборных скважин, в некоторых хозяйствах и больше, что повлечет необходимость бурения новых. И из севооборота будет изъяты значительные площади сельхозугодий.

В то же время, к примеру, если вокруг скважины пустырь, лесной массив или пастбище, т.е. в пределах ЗСО нет никаких строений и источников загрязнения и размеры 2-го пояса составляют 10-20 м, не имеет смысла увеличивать размеры огороженной площадки, тем более что это требует значительных капвложений.

В первую очередь необходимо навести элементарный порядок в павильонах скважин, особенно обеспечить герметичность эксплуатационных колонн и устьев скважин, т.к. по результатам обследований (порядка 2000 скважин) в половине  скважин не герметичны  крышки и вводы кабелей, что представляет реальную угрозу загрязнения подземных вод.  Нередко в заглубленных павильонах в весенний период уровень грунтовых вод поднимается выше оголовков скважин, и при включении насоса скважин загрязненные воды могут поступать прямо в пласт.

Очень важным фактором, часто определяющим плохие показатели отбираемых вод водозаборных скважин, является затрубная цементация обсадных колонн труб.

Необходимо производить полную затрубную цементацию от забоя до поверхности земли. В то же время организациями «Промбурвода» в прежние годы повсеместно применялась подбашмачная цементация нескольких нижних метров обсадных труб, в лучшем случае, десятков метров, что, при малейшей технической небрежности, приводило к разгерметизации эксплуатационной колонны и поступлению грунтовых вод в скважину по затрубному пространству.

При это следует отметить, что стоимость требуемых для полной цементации  нескольких тонн цемента обычно составляет лишь 2-3 % от полной стоимости скважины.

Рассмотрим  пример расчета границы ЗСО для одиночной скважины без учета уклона потока подземных вод, т.к. достоверно определить направление потока по одной скважине не возможно, поскольку учесть все факторы влияющие на направление потока (рельеф, влияние рек, мелиоративных систем, сезонные факторы, влияющие водозаборы) практически, без бурения наблюдательных скважин и проведения режимных наблюдений, не представляет возможным.

Границы 2-го и 3-го поясов ЗСО определяются гидродинамическим расчетами, при этом принимаются следующие допущения:

— основные параметры водоносных и водоупорных горизонтов в пределах рассматриваемых границ не изменяются;

— в естественных условиях  поток подземных вод является плоским и не деформируются в результате поступления к подземных водам загрязненных растворов;

— водоносный горизонт в плане не ограничен.

— время просачивания загрязняющих веществ через перекрывающие эксплуатируемый водоносный горизонт водоупорные глинистые породы и зону аэрации не учитывается.

Очертания границ зон санитарной охраны 2-го и 3-го поясов скважины в плане будут иметь форму окружностей, радиус которых определяется количеством воды, отбираемой в процессе эксплуатации скважин, а также водно-фильтрационными характеристиками пласта.

Граница 2-го пояса ЗСО определяется гидродинамическим расчетом, исходя из предпосылок, что, микробное загрязнение не достигнет водозабора, если  поступит в водоносный пласт за ее пределами. Это условие определяется временем, обычно принимаемым равным 200 — 400 суткам (для второго климатического района), в течении которого патогенные микроорганизмы теряют жизнеспособность и вирулентность.

Граница третьего пояса ЗСО аналогично определяется гидродинамическим  расчетом. Исходя из условий, что  химические загрязнения, проникшие в водоносный горизонтза его пределами,  попадут к  водозабору не ранее времени, равного среднему сроку службыводозабора, который принимают равным 10⁴ суток (27 лет).

Расчет границ поясов ЗСО для одиночных водозаборных скважин производится по балансовой формуле:

Преобразуя формулу относительно R, получаем:

где,

Q  —   среднесуточный  водотбор, с которым эксплуатируется  скважина, м³/сутки  (п.2.2.2. СанПиН);

Часто предлагают принимать в качестве расчетного паспортный часовой дебит скважины,  умноженный на 24 часа. Но практически ни одна одиночная эксплуатационная скважина не может работать 24 часа.

Обычно скважина работает в автоматическом режиме по уровню воды в башне, т.е. накачивается водонапорная башня (объем большинства башен 15-25м³) , и насос выключается (нередко на сутки и более). И второе, если скважина пробурена 10-15 и более лет назад, паспортный дебит скважины, как правило, получить не возможно, т.к. происходит кольматация фильтров и снижение эксплуатационных параметров скважины.

Большинство сельских скважин оборудованы насосами ЭЦВ-6, что не позволяет при всем желании получать значительные дебиты. И зачем увеличивать размеры зон, если фактически производится водоотбор в небольших размерах, что может контролироваться водомерами на скважинах и расходами электроэнергии.

При расчете проектного часового дебита из проектируемой скважины, в соответствии со СНБ 4.01.01.03 «Водоснабжение питевое», применяются коэффициенты суточной неравномерности водопотребления (разд.3).

Для населения применяется максимальный коэффициент равный 2, для животных и птиц 2,5. Кроме того, учитывается расход воды на пожаротушение. Для небольших населенных пунктов он равен 2,6 м³/час. Т.е. часовой дебит завышается в 2-3 раза, от числа, которое можно получить разделив среднесуточную потребность на 24 ч.

Очень часто полученные при строительной откачке дебиты превышают проектные, нередко в 2-3 и более раз. Т.к. по технологии работ на сооружении скважин, деглинизация и создание гравийной обсыпки должны вестись при максимальных дебитах. И буровая организация всегда старается показать максимальный возможный водоотбор.

Т.о. паспортный дебит скважины не может служить в качестве расчетного, т.к. при расчете размеров ЗСО (в соответствии с требованиями всех ранееперечисленных нормативных документов) фигурирует среднесуточный водоотбор, фактически отбираемый из скважины.

Периодически водопользователь обязан оформлять спецводопользование, где указываются среднесуточные водоотборы по скважинам, которые согласовываются в Департаменте по геологии. Более указанной в спецводопользовании цифры, отбирать из скважины водопользователь не имеет права.

Поэтому в качестве расчетного, как правило,  принимается среднесуточные водоотборы по спецводопользованию.

R —   радиус зоны санитарной охраны 2-го и 3-го поясов, м
Т —  расчетное время, сут.;
Т₂ = 200  сут для защищенных горизонтов и 400 суткам для незащищенных.
Т₃ = 10⁴ сут.(~ 27 лет – амортизационный срок эксплуатации водозабора).
m —     мощность эксплуатируемого пласта; обычно мощность водоносных отложений в пласте определяется по паспортному разрезу скважины или по геологическому разрезу района, если вскрыта только верхняя часть пласта и изменяется в широких пределах от первых метров до 200-300м;
n —   пористость пород эксплуатируемого пласта,  определяется опытным путем или по литературным данным

Пористость пород характеризуется отношением объема пор к объему всей породы, т.е. коэффициентом пористости (n), он выражается в долях единицы или процентах (Справочное руководство гидрогеолога, Недра, 1979г. стр. 29)

В соответствии с Таблицей 11-3 («Справочного руководства гидрогеолога», том 1, стр. 32) коэффициенты пористости пород приведены в нижеследующем таблице:

КОЭФФИЦИЕНТЫ ОБЩЕЙ ПОРИСТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД ПО Г.А.МАКСИМОВИЧУ

Группы пород	Породы	Средняя пористость, %
Свежие осадки	Илы глинистые	50,0
Почвы	Торф	80
	Различные типы почв	55,0
Породы верхней части коры выветривания	Пески	35,0
	Лёсс, лёссовидные суглинки	45,0
	Покровные суглинки	35,0
	Глины	35,0
	Известковистые туфы	25,0
Осадочные породы	Пески рыхлые	35,0
	Пески уплотненные	25,0
	Песчаники кайнозоя и мезозоя	20,0
	Песчаники палеозоя	10-12,0
	Известняки пористые, доломиты пористые	5,0
	Глины платформенных областей	40,0
	Глины складчатых областей	20,0
	Гипс	3,0
	Ангидрит	1,0
	Угли	4,0
	Мел	30,0
	Опока	35,0
Метаморфические породы	Сланцы глинистые, сланцы кровельные	4,0
	Сланцы кремнистые, мрамор	1,0
	Кварциты, гнейсы, амфиболиты	2,0
Магматические породы	Порфириты	2,0
	Граниты, сиениты	1,0
	Эффузивы	2,0
	Интрузивы	1,0

Как видно из таблицы, водоупорные породы (глины, мела, опоки) имеют также высокие значения коэффициента пористости (как и пески). Но при этом следует учитывать, что они характеризуются капиллярной пористостью, т.е. вода, заключенная в них, подчиняется не законам гравитационной динамики, а силам микрокапиллярного натяжения, в силу чего, из этих пород практически невозможно извлечь воду или профильтровать воду через них (поэтому, собственно, эти породы являются водоупорами).

В Республике Беларусь водоносные породы представлены преимущественно песками (пористость – 0,2-0,35), песчаниками – (пористость – 0,1-0,2), известняками – (пористость – 0,05). Эти же показатели приведены в таблице 6 (Общая гидрогеология, стр. 68).

Подставив в формулу необходимые значения, определяются радиусы поясов ЗСО.

Т.о. при небольших фактических среднесуточных водоотборах по существующим скважинам в 5-20 м³/сутки, а это в преобладающем числе водопотребителей Республики, размеры вторых поясов 10-30 м, третьих — 50-200м, что позволяет произвести сокращение первых поясов ЗСО и сэкономит значительные средства, без ухудшения качества потребляемых вод.

Главный гидрогеолог Западной Беларуси, А.М. Линник.