Regional problems of water use for Siberian industrial agglomerations

Full Text

В российском водном хозяйстве имеется ряд нерешенных проблем: во-первых, законы, регулирующие развитие и управление водными ресурсами, зачастую не согласуются друг с другом; во-вторых, государственные полномочия распределены таким образом, что поверхностные воды находятся в компетенции одного ведомства, подземные — другого; в-третьих, недостаточность нормативно-правовой базы, регламентирующей деятельность эксплуатирующих организаций. Если раньше ведомственные институты обеспечивали периодический пересмотр и актуализацию всех нормативов, то сейчас они лишены ведомственной принадлежности и не осуществляют этот блок работ [15].

Задача данного исследования заключается в анализе глобальных и региональных рисков водопользования и в их оценке в региональном масштабе на примере промышленно развитых территорий Красноярского края и Кемеровской области. При этом промышленный регион представляется в виде единой социально-природно-техногенной (С-П-Т) системы с характерным набором базовых рисков развития в сфере управления водными ресурсами. Региональные риски водопользования рассматриваются в контексте постановки и решения глобальных проблем использования и управления водными ресурсами.

ГЛОБАЛЬНЫЕ РИСКИ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Глобальные риски водопользования связаны с наиболее актуальными проблемами, включая изменение климата, дефицит пресной воды, оптимизацию хозяйственной деятельности с точки зрения устойчивого развития, управление экологическим состоянием трансграничных речных бассейнов.

Влияние климатических изменений на состояние водных ресурсов сильнее с каждым годом и вызывает негативные эффекты в здоровье каждого человека, экономике и обществе в целом, поскольку различные сферы экономики — сельское хозяйство, энергетика и гидроэнергетика, судоходство, здравоохранение, туризм — напрямую зависят от состояния и качества водных ресурсов [17]. Изменение климата, обусловленное глобальным потеплением, для России будет, скорее всего, неблагоприятным. Даже незначительное повышение температуры в регионах Крайнего Севера и Арктики приведет к таянию многолетней мерзлоты с образованием новых обводненных территорий. На европейской части территории России ожидается ухудшение водообеспечения. Вероятное существенное усугубления неравномерности выпадения осадков приведет к повышению угрозы как наводнений, так и засух [3], что подтверждается природными аномалиями (ливневые осадки, град, наводнения) в весенне-летний период 2017 г.

Многие регионы мира характеризуются четко выраженной тенденцией уменьшения или увеличения объемов речного стока, что ведет к серьезному ослаблению устойчивости всех водоемких отраслей экономики. Так, например, в России изменение сезонного стока рек вследствие происходящих и ожидаемых изменений климата должно учитываться в гидроэнергетике [23].

Экологические риски эксплуатации водных бассейнов крупных речных систем сложны для расчетов, потому что, как правило, такие системы пересекают одну или несколько границ и имеют множество заинтересованных в их эксплуатации сторон с разнообразными экологическими и социально-экономическими интересами. Управление на основе бассейнового подхода включает в себя идентификацию и вовлечение в данный процесс всех соответствующих экономически заинтересованных сторон. При реализации такого подхода решаются задачи экологического контроля и комплексного мониторинга с учетом общих планов управления водоразделами, программных мероприятий экологических организаций, результатов мониторинга и других данных [27]. Среди потенциальных проблем, связанных с трансграничным характером водных бассейнов, можно назвать возникновение политической напряженности и неэффективное распределение ресурсов. К числу наиболее подверженных конфликтам регионов относятся Месопотамия, бассейны Нила, Аму-Дарьи, Амура и его притоков. Дифференциация групп стран имеет место как в отношении рационального водопользования (количественные характеристики), так и состояния водных ресурсов (качественные характеристики) [15].

Для трансграничных речных бассейнов, расположенных в границах Европейского Союза, управление реализуется согласно Водной рамочной директивы (ВРД) ЕС. Региональные власти координируют и реализуют водохозяйственные мероприятия в речных бассейнах под международным наблюдением. Основная цель введения ВРД ЕС заключается в усилении связи между управлением водными ресурсами и стратегическим планированием. Цель стратегического планирования — учет социальных, экономических и экологических интересов развития региона, в то время как управление водными ресурсами регулирует преимущественно вопросы технического использования воды [25].

Для комплексной оценки рисков водопользования и экологических последствий хозяйственной деятельности Институт мировых ресурсов (World Resources Institute (WRI) Markets) и Enterprise Program при поддержке крупнейших компаний, в том числе “General Electrics”, “Goldman Sachs”, “Shell” и “P&G”, разработали проект AQUEDUCT GLOBAL MAPS 2.0 — всесторонний и общественно доступный интерактивный инструмент, который предоставляет информацию о связанных с водой рисках по всему миру [26]. Все показатели сгруппированы по типам рисков: качественные, количественные и репутационные [24]. Учет химических и микробиологических факторов загрязнения в этом подходе не предполагается.

Основное направление минимизации глобальных рисков водопользования, в том числе и в России, включает в себя содействие созданию системы интегрированного управления водными ресурсами с приграничными странами и проведения согласованной региональной и национальной политики водопользования, охватывающей различные аспекты организации, финансирования, нормативно-правового обеспечения водного хозяйства на основе выверенных эколого-хозяйственных критериев [9].

РИСКИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Усиление глобальных рисков в сфере водопользования повышает актуальность решения региональных проблем в этой области хозяйственной деятельности. Невысокая эффективность водопользования, недопустимо низкое качество питьевой воды в водохозяйственных системах, неудовлетворительное состояние наиболее значимых эксплуатируемых природных водных объектов объясняются прежде всего тем, что водное хозяйство страны по целому ряду признаков остается на уровне развития, характерном для середины XX в. [3]. Данная постановка и точка зрения подтверждается состоянием водопользования в Красноярском крае, Кемеровской области и других субъектах Сибирского ФО.

По суммарным водным ресурсам Сибирский ФО находится на втором месте после Дальневосточного ФО. При этом потенциальная водообеспеченность, выражающаяся в кубических метрах на человека в год, — самая высокая по сравнению с другими федеральными округами. В субъектах юго-западной части Сибирского ФО наблюдается уменьшение водных ресурсов, которое до настоящего времени не приводит к низким значениям водообеспеченности и высокой нагрузке на среднемноголетние водные ресурсы. Однако уже существующие весьма серьезные водные проблемы в маловодные периоды могут обостриться в перспективе. Прежде всего это связано с большой изменчивостью водных ресурсов во времени и пространстве и с интенсивным использованием стока трансграничных рек в Китае и Казахстане [1].

Риски устойчивого развития региональных водохозяйственных систем формируются под влиянием ряда факторов. Во-первых, наиболее значимы организационные факторы, зависящие напрямую от экономической составляющей: неудовлетворительное состояние санитарно-защитных зон водоисточников, отсутствие утвержденных зон санитарной охраны источников водоснабжения и несоблюдение их режима. Во-вторых, питьевые водопроводные системы на значительной части территорий края не имеют систем водоочистки и обеззараживания. Степень изношенности водопроводной сети для большинства регионов Сибирского ФО составляет 34–47%, что определяет высокую аварийность и потери воды — 15.8–20.6% [4]. В-третьих, неудовлетворительно организован лабораторный контроль качества питьевой воды по причине недостаточного финансирования систем государственного мониторинга водных объектов. Еще одна проблема связана с малой обеспеченностью сельских населенных пунктов централизованным водоснабжением. Серьезной причиной считается отсутствие на протяжении многих лет новых разведанных запасов пресных подземных вод из-за недостатка финансирования, что затрудняет обеспечение населения водой [22].

Красноярский край характеризуется высокой водообеспеченностью, при этом основная доля водных ресурсов приходится на неосвоенные территории региона. Освоенные в хозяйственном отношении центральные и южные районы располагают лишь пятой частью объема водных ресурсов края, а часть южных районов испытывает недостаток водообеспечения [20].

Основные экологические проблемы водных объектов Кемеровской области связаны с тем, что в Кузбассе ведется достаточно интенсивная угледобыча. Положение усугубляется тем, что в некоторых речных бассейнах находятся закрытые шахты, в пределах горных отводов которых уже в течение нескольких лет развиваются процессы заболачивания. К настоящему времени ~90% угля обогащается мокрыми способами, и в дальнейшем доля мокрых способов будет только увеличиваться. Это приводит к значительному загрязнению водных объектов шламовыми водами, поскольку создание замкнутого водооборота в процессе осветления шахтных вод не всегда может быть успешно осуществлено [5].

Отмеченные особенности водохозяйственных систем характерны и для других регионов России. Для решения проблем нормативного и научно-методического обеспечения управления и охраны водных объектов необходимы разработка и внедрение автоматизированных систем управления водными ресурсами и водохозяйственными системами на бассейновом уровне на основе информационно-вычислительных комплексов, использующих гидрологические, эколого-экономические и экономико-математические модели. Концептуально построение таких систем может осуществляться в рамках и структуре автоматизированных региональных систем территориального управления рисками и безопасностью (РСТУ РБ) [8].

ИНДИКАТОРЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ

Для информационного обеспечения управления водными ресурсами необходим научно обоснованный выбор эколого-социально-экономических индикаторов состояния и значимости водных объектов. Нормативное обеспечение этой процедуры к настоящему времени развито недостаточно. В предложенном в 2016 г. проекте “Правила ведения государственного реестра объектов накопленного вреда окружающей среде” выявлены существенные методические неопределенности, нуждающиеся в корректировке с учетом географических особенностей объектов оценки и анализа, а также особенностей формирования информационных потоков по рассматриваемой тематике [6, 14].

Наиболее значимы исследования по разработке индикаторов устойчивого регионального развития Н.Я. Шапарева [20]. Предложенные им индикаторы, основанные на реестре показателей устойчивого развития, входящих в систему показателей ООН, организованы в структуру “входное воздействие–состояние–управление” (рис. 1).

Показатели входного воздействия представляют модели и процессы, которые непосредственно влияют на устойчивое развитие. В отношении водных ресурсов входные воздействия связаны с забором и сбросом сточных вод, повышением уровня загрязнения водных объектов, наличием и состоянием гидротехнических сооружений. Состояние устойчивого развития характеризуется индикаторами состояния, включающими химическое и бактериологическое загрязнение водных объектов, качество питьевой воды, состояние систем водоснабжения, региональный перенос загрязняющих веществ. Показатели управления определяют выбор стратегического управления и другие виды реагирования, отвечающие изменениям состояния устойчивого развития [20, 21].

Кроме структурной организации, все показатели сгруппированы по четырем критериям:

1) поддержание санитарно-эпидемиологического состояния поверхностных вод;

2) развитие системы обеспечения населения водой требуемого количества и качества;

3) численность населения, проживающего на территории, на которой окружающая среда испытывает негативное воздействие;

4) защита водных объектов от антропогенного воздействия.

Существующая система гидрологического мониторинга на территории России вполне эффективна для выявления закономерностей многолетних изменений стока и гидрологического режима рек. В меньшей степени она эффективна для решения задач своевременного выявления опасных гидрологических явлений. Обилие водных объектов на территории РФ в целом и Красноярского края в частности, разнообразие природных условий, механизмов возникновения опасных гидрологических явлений, способов хозяйственного использования водных объектов существенно затрудняют создание эффективной и полновесной сети гидрологических наблюдений [19]. Базовые индикаторы устойчивого развития промышленного региона должны стать основой системы комплексного экологического мониторинга состояния и развития региональной С-П-Т.

 

Рис. 1. Структура и взаимосвязь индикаторов устойчивого развития системы С-П-Т.

 

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ И КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ НА ОСНОВЕ БАЗОВЫХ ИНДИКАТОРОВ

Комплексное состояние водных ресурсов и водохозяйственных систем оценивалось на основе групп индикаторов, характеризующих состояние С-П-Т. Индикаторы состояния и диапазоны их изменения для Красноярского края представлены в табл. 1.

Достаточно сложна динамика показателей состояния открытых водоемов. Уровни микробиологического и радиационного загрязнения водоемов категорий хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (критерий 1) снижались в период с 1995 по 2015 г. При этом доля проб, не соответствующих гигиеническим нормативам по химическому загрязнению водоемов хозяйственно питьевого водопользования, выросла почти в 3 раза. Из-за отсутствия связи между показателями химического и микробиологического загрязнения сделать вывод об улучшении состояния открытых водоемов по данным мониторинга не представляется возможным.

Такой индикатор, как потенциал самоочищения, требует дополнительных расчетов и исследований, поэтому в данной работе он не определялся. Индикатор характеризует состояние водной экосистемы в целом, что обусловливает наличие его в перечне базовых индикаторов.

Плотность гидрологических сетей (критерий 2) определяет величину средней площади, обслуживаемой одной гидрологической станцией государственной наблюдательной сети. В целом, плотность гидрологической сети должна быть такой, чтобы обеспечить необходимую информационную базу для оценки водных ресурсов и управление ими, и определяется экономическим развитием, плотностью населения, климатическими и географическими особенностями территории [20]. Государственная наблюдательная сеть на территории Красноярского края включает в себя 198 гидропостов (по состоянию на 03.08.2017) [2]. Средняя площадь, обслуживаемая одной гидрологической станцией, составляет ~6 тыс. км².

Критерий 3 (табл. 1) — один из наиболее геоэкологически неопределенных, так как принципы выделения территорий, на которых окружающая среда испытывает негативное воздействие, не охарактеризованы в нормативных документах. Не определены количественные и качественные критерии их выделения, а также перечень показателей состояния окружающей среды (ОС), на основе которых будет определяться наличие или отсутствие негативного воздействия на окружающую среду. Также открытым остается вопрос организации исследований состояния ОС территорий для его расчета [6].

 

Таблица 1. Диапазоны изменения базовых индикаторов состояния системы С-П-Т за 2005–2015 гг., Красноярский край (годовые значения) [12]. Направление стрелок показывает уменьшение или повышение базовых индикаторов

Критерий	Индикатор		Диапазон	Характер изменения, %
Критерий 1: Поддержание санитарно-эпидемиологического состояния поверхностных вод	Состояние открытых водоемов хозяйственно-питьевого водопользования — доля проб, не отвечающих гигиеническим нормативам, %	По химическим показателям	5.5–31.2	↑186
		По микробиологическим показателям	4.6–33	↓56
		По радиационным показателям	9–48	↓78
	Состояние открытых водоемов культурно-бытового водопользования — доля проб, не отвечающих гигиеническим нормативам, %	По химическим показателям	8.7–48.5	↓42
		По микробиологическим показателям	4.7–39.1	↓69
	Общее количество воздушных поллютантов или их количество, приходящееся на единицу площади водного бассейна, т/м2 в год		3.6–4.8	↓26
	Лесная площадь, используемая для водоохранных целей, тыс. га		1196	–
	Потенциал самоочищения (доля водотоков со сниженным потенциалом самоочищения)		–	–
Критерий 2: Развитие системы обеспечения населения водой требуемого количества и качества	Доля населения, потребляющего питьевую воду, удовлетворяющую требованиям нормативов, %		82	–
	Доля проб, не отвечающих гигиеническим нормативам, %	Санитарно-химические показатели	13.7–22.8	↑58
		Микробиологические показатели	6–9.74	↓38
	Запасы воды в водохранилищах (полный/полезный), млрд м3		(138–198) / (66–67)	↑30 / ↑4
	Доля объектов водоснабжения, не отвечающих санитарным требованиям, %		28.3–32.3	↑12
	Плотность гидрологических сетей (км2 / количество действующих гидрологических станций)		6000	–
Критерий 3: Количество населения, проживающего на территории, на которой окружающая среда испытывает негативное воздействие	Численность населения в зоне вероятной ЧС (опасные гидрологические явления и процессы), тыс. чел.		34	Данные за 2006 г. [10]
	Численность населения в зоне вероятной ЧС (аварии на гидротехнических сооружениях), тыс. чел.		1794.34	Данные за 2006 г. [10]
	Популяционный канцерогенный риск — число дополнительных случаев онкологических заболеваний от потребления загрязненной воды, тыс. чел.		0.2–40	2013–2015 гг.

 

Рис. 2. Доля проб воды источников централизованного водоснабжения населения, не соответствующих гигиеническим нормативам на территории Красноярского края и Кемеровской области, — индикаторы состояния по Критерию 2: 1 — микробиологические показатели, 2 — санитарно-химические показатели.

 

Оценка индикатора “Численность населения в зоне вероятной ЧС” (критерий 3) предполагает учет потенциальной опасности в случае аварийных ситуаций (в результате разрушения объекта или его конструктивных элементов, стихийных бедствий, терактов и других причин) на объекте накопленного вреда [6].

Расчет “Популяционного канцерогенного риска” (критерий 3) выполнялся по методике оценки рисков для здоровья населения от загрязнения питьевой воды [18] для Красноярского края и Кемеровской области по результатам анализа проб воды из источников централизованного водоснабжения на содержание металлов за период 2007–2015 гг. [7].

На рис. 2 представлена динамика индикаторов состояния для двух промышленных регионов Сибири [12, 13].

Показатели качества питьевой воды за рассмотренный период меняются незначительно в обоих регионах, при этом в Кемеровской области доля проб воды источников централизованного водоснабжения, не соответствующих нормативным значениям как по микробиологическим, так и по санитарно-химическим показателям, почти в два раза превышают соответствующие значения для Красноярского края. Связано это с интенсивным влиянием промышленности региона именно на водные объекты.

Методики определения массы накопленных отходов конкретных классов опасности (табл.  2) вполне проработаны, однако проблема несовершенства учета количества и классов складируемых отходов, особенно на несанкционированных свалках, затрудняет точный расчет индикатора [6].

 

Таблица 2. Диапазоны изменения базовых индикаторов входного воздействия, Красноярский край (годовые значения) [12]. Направление стрелок показывает уменьшение или повышение базовых индикаторов

Критерий	Индикатор	Диапазон	Изменение, %
Критерий 1: Поддержание санитарно-эпидемиологического состояния поверхностных вод	Образование отходов (производства, потребления), млн т	99–450	↑73
	Мощность термического воздействия (тепловые и холодовые загрязнения)*, °С	–12	–
	Трансграничный перенос загрязняющих веществ, млн м3	892–1100 [11]	↑25
Критерий 2: Развитие системы обеспечения населения водой требуемого количества и качества	Ежегодный забор поверхностных и подземных вод, млн м3	4712–2112	↓133
	Потери воды при транспортировке, млн м3	55.2–103.6	↑50
	Бытовое потребление воды на душу населения, л/(чел сут)	352–160	↓55
Критерий 3: Защита водных объектов от антропогенного воздействия	Мощность очистных сооружений, после которых сточные воды отводятся, млн м3	746–984	↑24
	Объем сброса сточных вод в поверхностные водоемы, млн м3	536–371	↓54

* Индикатор характеризует состояние экосистемы в целом, поэтому, несмотря на отличие по способам оценки и единицам измерения, включен в группу входных воздействий.

 

Термический режим — один из важнейших для водной экосистемы. Антропогенное воздействие на термический режим водоемов связано со строительством объектов теплоэлектроэнергетики, при этом сооружение ТЭЦ и ГРЭС приводит к тепловым воздействиям на водные экосистемы, а эксплуатация ГЭС — к холодовым. Термическое воздействие (критерий 1) на водные объекты Красноярского края связано с функционированием Красноярской ГЭС. Строительство и запуск ГЭС привели к существенному снижению температуры воды в Енисее в районе г. Красноярска с 20–25°С до 8–12°С, что существенно нарушило термический режим по всему бассейну реки [20].

Трансграничный перенос загрязняющих веществ в водных объектах (критерий 1, базовые индикаторы входного воздействия) имеет важное значение для тех рек, бассейны которых расположены на территории нескольких регионов или стран. Так, сброс сточных вод в бассейн р. Ангары на территории Иркутской области выше, чем на территории Красноярского края в ~15 раз и составляет ~1000 млн м³ (табл. 2) [20]. Несмотря на общее снижение объемов сброса сточных вод на территории края, уровень загрязнения увеличивается за счет трансграничного переноса.

Объем потерь воды при транспортировке забранного объема воды к месту потребления в Российской Федерации ежегодно составляет 7.5 км³. Более 90% общего объема потерь приходится на жилищно-коммунальное и сельское хозяйство. В числе основных причин высоких потерь воды можно выделить низкий технический уровень систем водоснабжения и значительную степень (50–60%) износа распределительных водоподающих сетей, мелиоративных систем и гидротехнических сооружений [16].

На рис. 3 представлена годовая динамика бытового потребления воды как индикатора входного воздействия для Красноярского края и Кемеровской области [12, 13]. За рассматриваемый период наблюдается снижение бытового водопотребления в обоих регионах.

 

Рис. 3. Бытовое потребление воды на душу населения — индикатор входного воздействия, Критерий 2.

 

Рис. 4. Сброс загрязняющих веществ — индикатор входного воздействия, Критерий 3: 1 — сульфаты, 2 — хлориды, 3 — азот общий, 4 — нитраты.

 

Рис. 5. Динамика забора и сброса сточных вод в поверхностные водные объекты в Красноярском крае и Кемеровской области — индикаторы управления, Критерий 1 (объем, млн м3, *без учета Норильского промрайона): 1 — забрано, 2 — использовано, 3 — сброшено [12, 13].

 

Снижение сброса загрязняющих веществ связано с общим снижением степени хозяйственного использования водных объектов (рис. 4, 5) [12, 13]. При этом для Красноярского края тенденция снижения показателей выражена больше, чем для Кемеровской области.

Диапазоны изменения базовых индикаторов управления для Красноярского края представлены в табл. 3. За последние 25 лет практически значения всех индикаторов управления водными объектами уменьшились в среднем на четверть.

 

Таблица 3. Диапазоны изменения базовых индикаторов управления, Красноярский край (годовые значения) [12]. Направление стрелок показывает уменьшение или повышение базовых индикаторов

Критерий	Индикатор		Диапазон	Изменение
Критерий 1: Защита водных объектов от антропогенного воздействия	Проведение инженерных противопаводковых мероприятий, млн руб.		64–240	↑72%
	Объем сброса сточных вод	Общий объем, млн м3	1677–2905	↓24%
		Нормативно-чистые (без очистки), млн м3	1267–2369	↓26%
		Загрязненные (недостаточно очищенные), млн м3	287.6–412.6	↓18%
		Загрязненные (без очистки), млн м3	37.7–55.7	↓29%
		Нормативно очищенные, млн м3	40.8–54.5	↓15%

 

Уменьшение объемов забора и сброса сточных вод, преимущественно в Красноярском крае, вызвано в большей степени снижением объемов промышленного производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сведение базовых индикаторов регионального развития в единую информационную систему представляется сложной задачей, решение которой ограничено, с одной стороны, неоднородностью рядов данных, с другой — разными формами представления самих индикаторов как в качественном, так и в количественном виде.

Водно-хозяйственные системы представляют собой природно-технические комплексы, подверженные природным и антропогенным воздействиям. Оценка устойчивости таких сложных систем возможна только с использованием методологии оценки рисков на основе базовых индикаторов развития. Следующий этап решения поставленной задачи — выбор базовых показателей риска, которые позволят учесть основные индикаторы устойчивого развития региона.

About the authors

O. V. Taseiko

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology; Institute of Computational Technologies SB RAS

Author for correspondence.
Email: taseiko@gmail.com
Russian Federation, Krasnoyarsk

V. V. Moskvichev

Siberian Federal University; Institute of Computational Technologies SB RAS

Email: taseiko@gmail.com
Russian Federation, Krasnoyarsk

D. A. Chernykh

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology; Institute of Computational Technologies SB RAS

Email: taseiko@gmail.com
Russian Federation, Krasnoyarsk

References

Supplementary files