Книги
200 лет Екатерининскому Мытищинскому водопроводу
В торфе (как в нефти, газе и угле) содержатся значительные запасы серы. Кроме того, в иловатистом торфе присутствуют мелкие включения сернокислой извести (гипс). При увеличении воронки депрессии обнажились и крупные гипсовые отложения. В осушенных торфяниках увеличился доступ воздуха к залежам торфа и начались непредсказуемые процессы взаимодействия серы и гипса с кислородом воздуха, особенно при сезонных изменениях гидрологического режима (весна, осень).
Сера в торфе находится, в основном, в нерастворимых соединениях. Но под воздействием усилившихся окислительных процессов образуется серная кислота, которая при насыщении торфа водой из-за сезонных колебаний или дождей отнимает основания солей более слабых кислот и образует сульфаты. При просачивании осадков эти сульфаты растворяются, увлекаются вниз, попадают в водоносный горизонт и далее — в водопровод. Сюда же попадает сернокислая известь. При таких процессах происходит нерегулируемое изменение химического состава воды и увеличение ее минерализации, многие химические элементы и химические соединения оказываются в избытке. В конечном итоге нарастает процесс ухудшения качества воды, отбираемой из природной среды.
Таким образом, по анализу подземного питания водными ресурсами мытищинского водосборника К. Э. Лембке и его коллеги в 1887 году провели изыскания и правильно определили показатель среднего подземного стока водоносного горизонта в 19300 м3/сутки, но эту величину в расчетах они приняли за эксплуатационные расходы, что оказалось ошибочным. Необходимо было учитывать изменение режима водоносного горизонта и природной фильтрационной способности его при эксплуатации. Естественные запасы подпочвенных вод, созданные природой на протяжении многих тысячелетий, очень чувствительны к резким изменениям гидрологического режима, поэтому считаются весьма «капризными».
Опытными откачками в буровых скважинах, расположенных вдоль русла Яузы, были получены значения коэффициента фильтрации с огромным разбросом. И здесь необходимо было проявить особую осторожность, так как такие разбросы неминуемо приведут к изменению химического состава воды, который не будет иметь возможности к усреднению (выравниванию) показателей при резком увеличении ее отбора. Поэтому водозаборные скважины, устроенные по прямой линии вдоль реки, уже были обречены на непредсказуемые последствия.
Особая комиссия признала исследования С. А. Озерова убедительными и научно обоснованными. В Мытищах была оборудована опытная станция деферризация (обезжелезивания) и деманганизации (обезмарганцовывания) воды, которая начала функционировать с октября 1915 года. Дальнейшая судьба опытной станции неизвестна.
Методика расчета была признана классической, но в реальной ситуации — испортили мытищинскую воду на все последующие годы.
С. А. Озеров в опубликованной книге писал:
Виталий Иосифович Баркевич
По исследованиям С. А. Озерова и В. А. Пушечникова (см, далее «Очерки геологии…») истории Мытищинского водопровода за все годы его эксплуатации можно сделать следующие выводы…
Итак, надъюрский водоносный горизонт в верховьях реки Яузы начал эксплуатироваться с 1804 года, вода в Самотёцкий пруд Москвы поступила в 1805 году. Первоначально каптаж[37] состоял из 43 кирпичных цилиндрических бассейнов (28 устроил Баур, 15 — его последователь И. Герард) глубиной 2 метра. Вода собиралась от родниковых ключей через дно бассейнов. В этот период эксплуатации забирался естественный расход ключевой воды и нарушения природного гидрологического режима не было.
В последующие годы каптаж ключей был изменен (Яниш, Максимов, Дельвиг). 18 бассейнов были перестроены и устроено дополнительно еще 7 бассейнов. В новом каптаже вода поступала не только через дно бассейнов, но также и через чугунные трубы, опущенные в более глубокий водоносный слой. Дебет воды увеличился, но и в этом случае нарушений естественного режима водозабора не обнаруживалось.
К 1892 году (Шухов, Кнорре, Лембке) каптаж был перестроен коренным образом. Появилось 50 буровых скважин вдоль русла Яузы, несколько дальше от первоначальных бассейнов, глубиной до 30 метров. Приемные трубы, расположенные горизонтально, сходились от периферии к накопителю. На высоту водоносного горизонта (15–17 метров) в трубах были просверлены отверстия в шахматном порядке и установлены фильтрационные луженые сетки. Энергичный вакуумный отбор воды насосами привел к образованию резко выраженной депрессионной воронки, минерализация воды стала быстро повышаться.
Вакуумный отбор воды — насос с крыльчаткой — привел к размыву близко прилегающих водоносных песков и довольно быстрому засорению фильтрующих сеток. Срок службы скважин резко сократился, появились новые проблемы, усложнившие условия работы Мытищинской водокачки. Пришлось бурить рядом еще 50 скважин и продолжать искать выход из создавшегося положения: качество воды становилось все хуже и хуже.
И только в 1960-х годах стали производиться работы по реконструкции многих скважин, когда на Мытищинскую водокачку был принят главным инженером Виталий Иосифович Баркевич. Вместе с учеными и инженерами Мосводоканала были изменены, прежде всего, условия работы скважин. Вместо дырчатых фильтров стали устраивать щелевые — со спиральными проволочными фильтрами[38]. Срок службы скважин увеличился до 17–18 лет. Бурение новых скважин производили не роторным буром, а ударно-канатным способом.
Эти мероприятия позволили увеличить отбор воды без ухудшения ее качественных показателей до 24–25 тыс, куб, метров в сутки. Им удалось не только удачно реставрировать устройство водозаборов, но и наладить систематическое наблюдение за режимом работы всей станции по качественным показателям воды и ее расходу. Но для этого необходимо было признать и не повторять ошибок В. Г. Шухова, К. К. Кнорре и К. Э. Лембке, а руководствоваться результатами заключения Особой комиссией:
Из этого небольшого экскурса в прошлое видно, сколь ответственными были задачи инженеров фирмы А. Бари и сколь щекотливым оказалось положение руководителя, когда обнаружилась такая ситуация с качеством воды в знаменитом Мытищинском водопроводе. Кстати, резко сократился дебет воды из Громового ключа. (Еще Ф. Баур определил уровень воды у Громового ключа — 3,66 м над горизонтом Яузы, а в 1914 году ключ едва струился).