Россию можно отнести к странам с достаточным водным обеспечением. Поверхностные водные ресурсы занимают 12,4 процента территории страны, что составляет более двух миллионов квадратных километров. Однако, дефицит воды ощущается в некоторых регионах, в первую очередь в Крыму. По данным Naked Science, проблема не ограничивается нехваткой пресной воды, но и связана с финансовыми трудностями. Материал посвящен водной ситуации на полуострове и рассказывает об инновационных подходах к её решению.
Проблемы с водоснабжением Тавриды возникли в 2014 году, когда Украина прекратила подачу воды по Северо-Крымскому каналу. Этот канал, построенный в советское время на нижнем течении Днепра, обеспечивал полуостров водой из Каховского водохранилища. По нему в Крым поступало до 80-90 процентов необходимой воды, которая значительной частью терялась из-за испарения и фильтрации, а также не всегда использовалась эффективно для нужд сельского хозяйства, в частности, для выращивания риса – культуры, требующей большого количества воды).
От редакции: Статья была подготовлена незадолго до заявления официального представителя Министерства обороны, генерал-майора Игоря Конашенкова, сделанного 24 февраля. В нем говорилось, что выход российских войск к Херсону позволил разблокировать Северо-Крымский канал. В тот же день советник главы Крыма Сергей Аксенов добавил, что подача воды по каналу возобновится после подготовки насосных станций и гидротехнических сооружений.
Изначально живительной влаги в регионе хватало, но засушливое лето 2020 года привело к серьезным проблемам: во многих городах, включая Ялту, воду стали распределять по графику. И чиновники, и ученые оказались в затруднительном положении, пытаясь найти источник воды. Очевидным решением кажется опреснение морской воды.
Вода в решете
Более года назад о планах по опреснению заявил глава Республики Крым Сергей Аксенов. Строительство таких установок включено в комплексный план мероприятий по обеспечению устойчивого водоснабжения Крыма до 2024 года, который был утвержден правительством России в 2020 году. На создание двух опреснителей, являющихся первыми в России, общей мощностью 40 тысяч кубометров в сутки, предусмотрено финансирование в размере 7,8 миллиарда рублей из федерального бюджета и 410 миллионов рублей из республиканского. При этом эта сумма не учитывает затраты на создание необходимой инженерной инфраструктуры, такой как новые водопроводные сети для Севастополя и завершение строительства очистных сооружений на юге города, поскольку прокладка сетей представляет собой отдельную и наиболее значительную статью расходов.
До 2024 года на финансирование этих проектов будет направлено более 48 миллиардов рублей. Реализация запланированных мер обеспечит Крымским полуостровом 310 тысяч кубометров воды в сутки, что составляет около 45 процентов от текущего объема потребления. Несмотря на то, что опреснительные установки предназначены для использования в качестве дополнительного источника водоснабжения, местные власти активно взялись за их реализацию.
Установки будут использовать технологию обратного осмоса, которая предполагает фильтрацию воды через мембрану. Проектирование опреснителей, включая сооружение в Ялте (где строительство водозаборов осложнено рельефом), уже стартовало.
Опыт других стран показывает, что опреснение – это крайняя мера, а не универсальное решение водных проблем. К нему прибегают, когда все остальные варианты исчерпаны. В международной практике опреснительные станции строят только в тех регионах, где годовое количество осадков составляет менее 100 миллиметров. В Крыму этот показатель выше: в степной зоне – до 250 миллиметров, в центральной – до 500, а в горной – от 600 до 1000 миллиметров в год. Поэтому многие ученые Крыма полагают, что решить водную проблему полуострова возможно за счет использования собственных ресурсов, обеспечив их эффективный сбор и хранение.
Да не опреснимы будете
Ярким примером успешного опреснения является Израиль, который прилагает значительные усилия и добивается результатов. Например, страна снижает расходы благодаря ночным тарифам на электроэнергию, производя 65-70 процентов воды в ночное время. Однако, процесс все равно остается дорогостоящим. Это объясняется тем, что опреснительные заводы – крайне энергозатратные предприятия (имеется в виду, достаточно ли в Крыму энергии для их работы – тоже важный вопрос). Специалисты называют разные показатели – от пяти до 10 киловатт-часов на кубометр опресненной воды. Все это, несомненно, влияет на ее стоимость. Но Израиль – страна с развитой экономикой, поэтому эти затраты приемлемы для населения. А крымчанам?
Председатель правительства республики Юрий Гоцанюк в эфире телеканала «Крым-24» сообщил о неблагоприятных данных. По его словам, основная трудность заключается в высокой стоимости производства. «На данный момент вода стоит 31,55 рубля, однако при производстве пресной воды из морской ее цена составит приблизительно 80 рублей», — сообщалось в цитате « Крым.Реалии»* в декабре 2020 года. Следовательно, факт остается фактом, а деэвaporation – это дорогой процесс.
Существующий спор касается качества воды. Например, утверждается, что в ней содержится недостаточно солей, что может оказать негативное воздействие на организм при регулярном употреблении.
Наконец, возникла третья проблема — отходы, а именно соль. Это огромные залежи соли, которые необходимо утилизировать. Обычно их либо сбрасывают в море, либо захоранивают. Любой из этих методов может оказать негативное воздействие на окружающую среду. Несмотря на это, крымские чиновники утверждают, что это не так, поскольку для заметного повышения солености воды (которая и так невысока в Черном море) потребуется сброс огромных объемов рапы в море на протяжении многих столетий.
Соединение соли и сточных вод позволяет восстановить первоначальный уровень солености воды, имитируя естественный круговорот воды в природе. Однако, даже при этом, локальные сбросы могут оказывать негативное воздействие на морских обитателей. Поэтому, например, в Израиле сток не направляется на дно, где развивается растительность, а распределяется по поверхности, чтобы рыбы могли избежать потоков соли, в отличие от водорослей. Кроме того, ежегодно проводится мониторинг влияния рассола на морскую флору и фауну…
Опреснительные установки, безусловно, заслуживают внимания, однако даже самые убежденные сторонники не рассматривают их как единственное решение. Кроме того, существует специфическая для Крыма проблема – доставка опресненной воды до конечных потребителей. Многие населенные пункты находятся на значительном удалении от побережья, в том числе в горной местности. Обеспечение этих районов водой с побережья представляет собой сложную и дорогостоящую задачу.
Бурить или не бурить?
Перекачка воды с материка также не является решением проблемы. Краснодарский край и так испытывает дефицит водных ресурсов, а вода в местных реках имеет невысокое качество. К тому же, подобные проекты требуют значительных финансовых вложений. Существенная часть крымских вод хорошего качества теряется из-за так называемых подземных разгрузок, то есть через горные породы (например, через родники). Поиск и использование этой воды – задача, которой сейчас занимаются специалисты Крымского федерального университета. Однако, этого недостаточно.
«По словам заведующего кафедрой водоснабжения, водоотведения и санитарной техники Крымского федерального университета, доктора технических наук и профессора Ильи Николенко, Крым способен удовлетворить свои водные нужды за счет имеющихся ресурсов, при условии их бережного сохранения и эффективного использования. В настоящее время объемы теряемой воды достигают 60 процентов от общего объема забора. В государствах, испытывающих дефицит водных ресурсов, этот показатель обычно не превышает 10 процентов.
В условиях современного глобального дефицита воды, повышение эффективности водопользования и внедрение водосберегающих технологий стали ключевыми направлениями решения этой проблемы. Современные методы и разработки позволяют сельскому хозяйству снизить потребление воды на 10–50%, промышленности – на 40–90%, а городскому жилищно-коммунальному хозяйству – до 30%, при этом не оказывая негативного влияния на экономику и уровень жизни населения. Например, в Сингапуре прямое повторное использование очищенных сточных вод обеспечивает до 30% текущего водопотребления страны».
Илья Николенко полагает, что спасение Крыма зависит не от радикальных, а от стандартных решений: уменьшение потерь в водопроводных сетях (например, путем замены устаревших труб, что и происходит в настоящее время), увеличение сбора воды с поверхности рек, а также очистка и повторное использование сточных вод. При этом следует отметить, что сточную воду можно применять только для технических нужд, поскольку она не подходит для питья.
«Это позволит в полной мере обеспечить Крымский полуостров водой и без проблем пережить периоды засухи. Подобные меры, в отличие от опреснения, оказываются более выгодными как с экономической, так и с экологической точек зрения. Кроме того, они не подразумевают повышения тарифов и поиска дополнительных источников энергии, что позволило бы снизить антропогенное воздействие на Крым».
К аналогичной точке зрения относительно опреснения склоняются жители Крыма и многие местные издания. Например, в прошлом году инициативные ялтинцы собирали подписи для обращения к президенту с протестом против строительства опреснительной установки, объясняя это опасениями относительно потенциального вреда для здоровья.
Валентин Кульченко, физик-гидродинамик, директор севастопольского предприятия «Энергостальпроект» и известный в Севастополе общественный деятель, также полагает, что опреснение не является решением проблемы. По его мнению, строительство водозаборов и буровых установок также нецелесообразно, поскольку бесконечный отбор воды из недр Крыма невозможен. Через какое-то время происходит их засоление (что уже случилось), так как подпитка водоносных горизонтов в этом регионе довольно скудна: обильные осадки бывают только в межсезонье. А лишняя соль в почве — беда для сельского хозяйства.
Даже водозаборы могут приводить к откачке воды из подземных слоев, поскольку при снижении уровня рек, залежи грунтовых вод истощаются (вода просачивается сверху). «Поэтому контроль за водозабором крайне важен: необходимо забирать только восполняемый объем воды, поддерживая баланс. Для этого требуется государственная программа, но она отсутствует», — отмечает Кульченко.
Проблемы водозабора
В качестве примера можно привести водозабор, возведенный в прошлом году на реке Бельбек, являющейся самой полноводной в Крыму. В настоящее время он рассматривается как решение проблемы водоснабжения Севастополя, численностью около полумиллиона человек, который не так давно столкнулся с риском введения ограничений на подачу воды. Благодаря новому водозабору город получил дополнительно около шести миллионов кубических метров воды воды за год, а нагрузка на Чернореченское водохранилище была снижена. К тому же около Севастополя решили бурить скважины — и это, безусловно, будет работать. Но похоже на тактику, а не стратегию: есть вероятность, что она приведет к еще большему засолению крымской земли из-за неконтролируемого вычерпывания воды.
Уменьшение запасов грунтовых вод – это одно, а другое – временное отключение водозабора во время паводка. Причина заключается в том, что в это время река приносит огромное количество мусора, которое не под силу очистить даже самым современным сооружениям. В результате значительные объемы пресной воды сбрасываются в море. В период последнего паводка через реку Бельбек прошло 300 тысяч кубических метров воды в час, в то время как водозабор способен обработать всего 150 тысяч кубических метров.
Река в квадрате
Основным источником пресной воды в Крыму являются осадки. Однако, главной особенностью полуострова является их неравномерное распределение: периоды обилия чередуются с засушливыми. В периоды обильных осадков, когда происходят дожди или тает снег, формируются значительные паводковые потоки. При этом 75% такого водотока, который, к слову, считается наиболее чистой водой, теряется в море. Способ удержать эти паводки пока не найден, но, похоже, ответ на решение проблемы кроется в самой природе Крыма.
«На территории полуострова обнаружена необычная геологическая особенность – наличие двух уровней речных систем: современных русел и древних палеоруслов. Они располагаются на глубине от 5 до 20 метров под современными реками и значительно шире – от 400 до 500 метров и более. Ширина современного русла, например, реки Бельбека составляет всего 5-10 метров. Пространство между дном древней и современной реки заполнено крупной галькой. По словам Валентина Валерьевича, это напоминает естественные газохранилища. Вода, попадая в такие образования, не может перемещаться с большой скоростью, как по поверхностным рекам. Ее скорость составляет приблизительно 100 метров в сутки».
Благодаря этому, воду можно остановить и аккумулировать в значительных объемах. Принимая во внимание уникальные характеристики крымского ландшафта, Кульченко предложил использовать систему шлюзов-регуляторов — устройств, которые позволяют контролировать поток воды и распределять ее по долине через систему обводных каналов, расположенных перед шлюзами. В сентябре прошлого года ученый уже получил патент на свою разработку, о чем неоднократно сообщали местные СМИ.
В дополнение к шлюзам-регуляторам, на реке требуется установка инфильтрационных бассейнов – шахтных колодцев, которые являются резервуарами размером 50 на 50 метров. Снятие верхнего слоя этих естественных бассейнов создает систему подземных водохранилищ.
Для устранения мусора, скапливающегося во время паводка, Кульченко предлагает установить систему специализированных улавливателей. Также, с заданным интервалом (например, каждые пять километров), возможно размещение водозаборов, которые будут поднимать воду с помощью наносной станции и направлять её потребителям.
Например, в Бельбеке рассматривается возможность установки пяти подобных гидротехнических сооружений. При этом обнадеживает тот факт, что все компоненты такой системы являются стандартными – от шлюзов-регуляторов до водозаборов. Значит, изобретать велосипед не потребуется. Однако, судя по всему, аналогов данной технологии не существует.
«Я не опасаюсь этого термина, — отмечает Валентин Кульченко. — Речь идет об особой структуре крымских рек, которой мы и пользуемся. Это достаточно выгодное решение, поскольку исключает необходимость строительства водохранилищ. Так, для реки Бельбек существовал проект возведения Камышловского водохранилища объемом около 50 миллионов кубометров. Его стоимость оценивалась примерно в 24,5 миллиарда рублей. Наше техническое решение для той же реки — каскад из пяти шлюзов — обошлось два года назад в пять-шесть миллиардов рублей. При этом удалось создать около 40 миллионов кубометров водохранилища. Для сравнения: водохозяйственный баланс всего Крыма, предназначенный для нужд населения и растительности, составляет приблизительно 200 миллионов кубометров, то есть только Бельбек мог бы обеспечить почти четверть этого объема».
Перевозка воды по водоводам требует значительных затрат. В отличие от этого, при использовании шлюза-регулятора для подачи воды к водозабору, транспортировка осуществляется естественным путем по палеоуслу, что исключает необходимость финансовых вложений. Кроме того, в водохранилищах при испарении теряется примерно 20% воды. В рассматриваемом варианте таких потерь не возникает, так как вода движется по подземным водоносным горизонтам. Не менее важным является и то, что с помощью шлюзов-регуляторов можно будет контролировать уровень грунтовых вод, предотвращая их полное высыхание и засоление почвы.
«На данный момент проект находится на рассмотрении. Однако, я полагаю, что перспективы имеются, так как предложенное решение является эффективным. Для реализации необходимо постановление властей, но оно может представлять интерес и для частного бизнеса. Если же станет возможным забор воды из любой точки речной долины посредством бурения скважин, то, вероятно, изменится и сельскохозяйственное значение регионов, где будет внедрена подобная система. А принимая во внимание дефицит крымской земли, потенциальная выгода может быть весьма значительной», — заключает ученый.
Он отмечает, что в советское время к разработке технических решений подходили иначе: приоритет отдавался оптимальным проектам, обеспечивающим максимальную выгоду при минимальных затратах. В настоящее время не все заинтересованы в экономичных и действенных решениях, даже если они способны открыть новые возможности, но при этом могут оказаться финансово невыгодными.
* В Российской Федерации ресурс «Крым. Реалии» включён в список средств массовой информации, выполняющих функции иностранных агентов