О водохозяйственном балансе города Москвы

Индустриализация страны в целом и Москвы в частности, документально оформленные в плане первой и второй Пятилеток, ставила вопросы инфраструктурного характера, в том числе электро- и водоснабжения. О том, как выстраивались данные системы в прошлом, и что влияет на них сейчас, проанализировал Ринат Такташев, кандидат технических наук, заместитель директора по проектированию «Всероссийского теплотехнического института» (ВТИ). 

Так, к 1926 г. численность населения города Москвы превысила 2 млн. чел. В период первых двух Пятилеток динамика роста численности населения являлась наиболее высокой за период с 1860 до 2020 гг. Планами Пятилеток ставилась задача превращения Москвы в крупнейший промышленный регион страны. За годы 1-й пятилетки был построен ряд заводов (в том числе ГПЗ-1), реконструированы АМО, «Серп и молот», «Красный пролетарий» и др. Более чем в 2,7 раза увеличился объём валовой продукции промышленности Москвы, продукции тяжёлой промышленности — в 4,3 раза [1].

Установленная мощность городских электрических станций города Москвы к 1917 г. составляла небольшие по современным масштабам 78,1 МВт, в 1926 – 1929 гг. была сооружена и пущена в эксплуатацию заводская электростанция Трёхгорной мануфактуры мощностью 8 МВт. Кроме того, 12 МВт передавалось от Каширской электростанции по воздушной линии электропередачи 110 кВ.

За первую Пятилетку установленная мощность электростанций Мосэнерго выросла в несколько раз.

Рисунок 1 – Динамика численности населения города Москвы

Становление и бурное развитие централизованной системы электроснабжения России (доля централизованного производства электроэнергии в период с 1928 по 1940 гг. выросла с 39,0% до 81,2% в целом по стране) после принятия в 1920 г. плана ГОЭЛРО привело к различным последствиям, в т.ч. к постепенному снижению количества обслуживаемых прудов в бассейне р. Москвы, на которых располагались не только мельницы, но и малые гидроэлектростанции. Последнее привело к истощению малых рек в период межени.

Изменение количества прудов и их площади в бассейне реки Москвы представлено в таблице 1. [по 2,3,4].

Показатель	Середина XIX	Начало XX века	Начало второй половины XX века	Начало XXI века
Число	1778	889	1387	2081
Общая площадь, км²	89	45	69	108

 

Для устранения дефицита воды в межень и устранения опасности наводнений, решения проблем водообеспечения и судоходства, начиная с 1913 г. разрабатывались планы создания крупных гидротехнических сооружений, в первую очередь водохранилищ [5].

В 1928 г. было решено начать строительство Истринского водохранилища как технически наиболее выполнимого, ближе других расположенного к городу Москве [6]. В 1935 году на реке Истре была возведена плотина и образовано водохранилище площадью 33,6 км², полный объем которого составил 88 млн м³. Этот гидроузел положил начало созданию Москворецкой системы водоснабжения города Москвы, в которую в дальнейшем вошли также Можайское, Рузское, Верхнерузское, Озернинское водохранилища.

В 1932–1937 гг. было принято решение о строительстве канала им. Москвы, обеспечивающего водоснабжение города Москвы и сделавшего его «портом пяти морей». Этот проект был реализован в 1937 г.

Во второй половине ХХ века главным образом в бассейне р. Москвы шло строительство целого ряда водохранилищ [7]. Строительство Можайского гидротехнического комплекса началось в 1955 г., а наполнение ‒ в 1960–1961 гг. Это водохранилище является самым крупным из Москворецких источников водоснабжения.

Источники водных ресурсов города Москвы

В настоящее время основными источниками воды для города Москвы являются сток р. Волги от истока до створа Иваньковского гидроузла, сток р. Вазузы – правого притока р. Волги, большая часть стока которой используется в бассейне р. Москвы, сток р. Москвы и ее притоков от истока до створа плотины Рублевского гидроузла. Таким образом, можно констатировать, что количество и качество водных ресурсов московского региона определяется природно-климатическими и антропогенными воздействиями на бассейн р. Волги. Водные ресурсы р. Волги составляют 260 км3, при незначительной изменчивости объема стока, равного 0,17. При этом изменчивость стока р. Волги в период с 1987 г. по 2008 г. увеличилась с 0,16 до 0,17 (за другие периоды данные отсутствуют). Согласно [8] сток р. Москвы увеличился примерно вдвое в 1937 г. в связи с вводом в эксплуатацию канала им. Москвы. Среднемноголетний расход воды в устье р. Москвы составляет около 150 м3/с (объём стока 4,734 км3/г) [8].

Река Москва в пределах города фактически состоит из каскада русловых водохранилищ, образованных тремя гидроузлами: Перервинским, Карамышевским и им. Трудкоммуны. Сток Москвы выше города зарегулирован Истринским (1935), Можайским (1960—1962), Верхне-Рузским (1980-е), Рузским (1965—1966) и Озернинским (1967) водохранилищами, а также гидроузлами около Петрово-Дальнего и Рублёво.

Гидроклиматические условия на Русской равнине в последние 50 лет качественно характеризуются увеличением влажности и температуры воздуха [9, 10]. Изменения касаются и распределения стока рек по году – увеличение количества жидких осадков в период с октября по апрель приводит к увеличению стока рек зимой, уменьшая объем стока в половодье. Каскад водохранилищ позволяет компенсировать изменение гидроклиматических условий путем накопления значительных объемов воды и их попусков ниже по течению.

Обеспеченность водными ресурсами

Суммарная водоотдача Москворецко-Вазузской и Волжской систем – не менее 126 м3/с (обеспеченность этого расхода – 97 %). Это соответственно – около 11 млн. м3/сут. В то же время население Москвы и Московской области имеет обеспеченность водами местного формирования на уровне 0,5 тыс. м3/г, что с учетом численности населения (13 097,6 тыс. человек на 2022 г.) характеризует Москву как «большой город, расположенный на малой реке». Объем местных водных ресурсов Москвы и Московской области в период 1936 – 1984 гг. составлял 7,31 км3/г, а в период 1985 – 2005 гг. –
11 км3/г.

По данным АО «Мосводоканал» [11], из объема реализации услуг водоснабжения в 2020 г. в количестве 928,4 млн. м3 воды, на население приходится 587,1 млн. м3. В таком случае удельное водопотребление г. Москвы составляет 46,3 м3/(чел. год) при численности населения 12 678,1 тыс. человек. Для сравнения в г. Санкт-Петербурге данный показатель равен 47,4 м3/(чел. год) при численности населения 5 398,1 тыс. человек (2020 г.), а в Токио, численность населения и площадь которого по значениям близки к Москве (13 690 тыс. чел. и 2 194 км2), удельное водопотребление составляет 117,1 м3/(чел. год).

Располагая данными о водопотреблении, можно охарактеризовать состояние водных ресурсов, которое определяется путем сопоставления имеющихся водных ресурсов с объемами используемой воды, а также численностью населения. С этой целью обычно применяют 2 критерия. Первый – это нагрузка на водные ресурсы, второй – это водообеспеченность населения. Нагрузка на водные ресурсы характеризуется коэффициентом использования водных ресурсов Кисп, равным отношению в процентах величины полного водопотребления к возобновляемым водным ресурсам.

Москва и Московская область относятся к субъектам РФ с высокой нагрузкой на водные ресурсы (Кисп> 20%) или с низкой водообеспеченностью (<5000 м3/г) относительно местных водных ресурсов в средние по водности и маловодные годы. Для столичного региона данный показатель в 2010 г. составил: Кисп = 44% (см. таблицу 2).

Таблица 2 – Субъекты с высокой нагрузкой на местные водные ресурсы

Субъект РФ	Нагрузка, %
	1980	1990	2009-2010
Московская обл.	27,8	25,4	44,0
Краснодарский край	30,7	38,6	52,0
Ставропольский край	122,4	108,6	58,0
Ростовская обл.	23,4	25,6	57,0
Оренбургская обл.	3,7	21,1	19,0
Челябинская обл.	16,8	21,3	18,2

 

Централизованное водоснабжение города Москвы

Функциональная структура централизованного водоснабжения Москвы представляет собой разделение между юридическими лицами подготовки воды и ее транспорт до потребителя. Водоснабжение потребителей осуществляется ресурсоснабжающими организациями, основной из которых является АО «Мосводоканал».

Система водоснабжения города представляет собой сложный комплекс естественных природных объектов и инженерно-технических сооружений (см. рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Структурная схема водоснабжения Москвы

Источниками централизованного водоснабжения Москвы и ближайших городов Подмосковья являются поверхностные источники Москворецко-Вазузской и Волжской гидротехнических систем (99,5%) и подземные источники (0,5%).

Забор исходной воды из водоисточников и подготовка питьевой воды осуществляется на четырех станциях водоподготовки – Рублевская, Западная, Северная и Восточная. Источником исходной воды для станций Рублевская и Западная является р. Москва, для станций Северная и Восточная – канал им. Москвы. После очистки вода с помощью насосных станций второго подъема по водоводам подается в магистральные и разводящие трубопроводы города, сооружения 3-го подъема (регулирующие водопроводные узлы и насосные станции) и к потребителям.

Как отмечалось выше, основным поставщиком питьевой воды в городе Москве является АО «Мосводоканал». Показатели деятельности компании по производству воды представлены в таблице 3 [12]. Производство питьевой воды в 2022 г. сократилось относительно 2011 года на 20%, технической – на 54%.

Изъятие воды из поверхностных и подземных источников водоснабжения по сравнению с 2011 г. уменьшилось на 21%. В 2022 году изъятие воды из подземных источников промышленностью и на нужды ЖКХ составило 13 207,49 тыс.м3, что ниже показателя за предыдущий год на 6%. Значения объемов отбора подземных вод за 2013-2022 г. представлены в таблице 4.

 

Таблица 3 – Производство питьевой и технической воды АО «Мосводоканал»

Производство воды	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022
Питьевой, тыс. м3	1 264,7	1 223,9	1 196,7	1 166,3	1 092,4	1 084,1	1 056,9	1 047,7	1 033,9	985,7	1 015,3	1014,4
Технической, тыс. м3	110,5	109,2	59,2	59,2	52,7	52,6	46,8	48,4	47,3	45,8	52,7	50,6
Среднесуточное производство питьевой воды, млн. м3/сут	3,47	3,35	3,28	3,2	3	2,97	2,9	2,87	2,83	2,69	2,78	2,78
Изъятие воды, млн. м3	1390	1300	1288,7	1255,8	1170	1160,8	1126,2	1117,6	1103,7	1057,1	1099	1095,1

 

Таблица 4 – Отбор подземных вод промышленностью и на нужды ЖКХ (АО «Мосводоканал») 

Водохозяйственный баланс

Водохозяйственные балансы составляются для речных бассейнов, частей бассейнов и водохозяйственных участков. Расчет водохозяйственных балансов осуществляется по расчетным створам, являющимся замыкающими для вышерасположенных частей речного бассейна. Количество доступных для использования водных ресурсов в границах расчетного водохозяйственного участка определяется как сумма объема стока, поступившего с вышележащего участка рассматриваемого водного объекта и объема стока, формируемого в пределах расчетного водохозяйственного участка.

На основании расчетов водохозяйственных балансов для всех расчетных водохозяйственных участков, входящих в речной бассейн, определяется водохозяйственная обстановка соответствующего речного бассейна на всех расчетных уровнях, оценивается достаточность (или недостаток) водных ресурсов для удовлетворения установленных водопользователями объемов допустимого забора (изъятия) водных ресурсов и возможность развития водохозяйственного комплекса в ближайшей, планируемой и отдаленной перспективе [13].

Приходная часть водохозяйственного баланса складывается из гарантированной водоподачи 95%-й и 97%-й обеспеченности поверхностных источников – водохранилищ с учетом компенсированного регулирования стока в бассейне р. Москвы. Из Волжского источника по каналу имени Москвы (на уровне 2010 г.) подается соответственно 85 и 80 м3/с, из Москворецкой системы водохранилищ – соответственно 32 и 29 м3/с, из Вазузской гидротехнической системы – 19 и 17 м3/с. Суммарно из поверхностных источников для 95% и 97%-ой обеспеченности города Москвы подается 136 и 126 м3/с соответственно [14].

Суммарный отбор подземных вод достигает 9,7 м3/с. Отбор подземных вод промышленностью и на нужды ЖКХ за 2022 год по данным АО «Мосводоканал» составил 13 207,49 тыс. м3.Доочищенные сточные воды оценивались в 2010 г. величиной 8,4 м3/с. Объем сточных вод за 2022 г. составляет 1 094 089,27 тыс. м3, в том числе на население приходится 575 138,06 тыс. м3, на промышленные предприятия – 48 989,17 тыс. м3. Водные ресурсы реки Пахры оценены на уровне 2 м3/с. Объем повторного использование вод по данным АО «Мосводоканал» за 2022 г. составляет 94 068,46 тыс. м3, что на 26% больше показателя за 2013 г. Суммарные водные ресурсы поверхностного и подземного стоков Московского региона представлены в таблице 6.

Расходная часть водохозяйственного баланса состоит из водопотребления населением, коммунальным хозяйством и промышленностью Москвы (по состоянию на 2010 г. [14]) – 81 м3/с; собственные нужды водопроводных станций по данным 2014 г. – 1,1 м3/с; водопотребление ПАО «Мосэнерго» (с учетом прямоточного охлаждения оборудования) – 14,1 м3/с; обводнение – 41,9 м3/с; потери воды на фильтрацию и дополнительное испарение с поверхности водохранилищ – 6,7 м3/с; орошение сельскохозяйственных земель (по состоянию на 2010 г. [14]) – 3,3 м3/с; санитарный попуск ниже Рублево – 4,0 м3/с; водопотребление за пределами региона (по состоянию на 2010 г. [14]) – 2,1 м3/с. Расходная часть водохозяйственного баланса Москвы и Московской̆ области, составляющая 147,4 м3/с, представлена в таблице 6.

Таблица 6 – Оценочный водохозяйственный баланс, м3/с

Водохозяйственный баланс	2010 г.	2021 г.
Расходная часть
Суммарное водопотребление города Москвы	81,0	66,0
Собственные нужды водопроводных станций	1,6	1,1
Водопотребление ПАО «Мосэнерго»	6,8	14,1
Обводнение	41,9	41,9
Потери	6,7	6,7
Орошение сельскохозяйственных земель	3,3	3,8*
Санитарный попуск ниже Рублево	4,0	4,0
Водопотребление за пределами региона	2,1	2,3*
Итого:	147,4	132,4
Приходная часть
р. Москва обеспеченность 95% обеспеченность 97%
	32	32
	29	29
р. Вазуза обеспеченность 95% обеспеченность 97%
	19	19
	17	17
р. Волга – канал им. Москвы обеспеченность 95% обеспеченность 97%
	85	85
	80	80
Подземные воды	9,7	9,7
Доочищенные сточные воды	8,4	8,4
р. Пахра	2,0	2,0
Повторное использование	0,7	0,7
Итого:
обеспеченность 95%	156,8	156,8
обеспеченность 97%	146,8	146,8
Дефицит/профицит (-/+)
обеспеченность 95%	+9,4	+24,4
обеспеченность 97%	-0,6	+14,4

 

При наличии профицита в объеме водоснабжения на первый план выходит проблема качества воды. В городе Москве качество подаваемой потребителям питьевой воды соответствует СанПиН 2.1.3684-21 [15]. Однако исходная вода по мере роста антропогенной нагрузки на водосборную территорию и акваторию водоисточников ухудшает своё качество. В настоящее время отмечается высокое бактериальное загрязнение водных систем, обнаруживаются специфические органические вещества, включая нефтепродукты. Особую озабоченность вызывает наличие в источниках водоснабжения города Москвы новых стойких органических загрязнений, обладающих ярко выраженными токсическими свойствами. Значительная часть этих загрязнений не может быть удалена традиционными методами очистки воды [2].

Особенно остро стоит проблема неконтролируемого диффузного загрязнения бассейна р. Волги. Источники диффузного загрязнения вод – это источники, вносящие в поверхностные или подземные воды загрязняющие вещества, микроорганизмы или тепло части водосбора, измененное под влиянием хозяйственной деятельности, неорганизованным путем [16].

Основные источники диффузного загрязнения бассейна р. Волги:

1. городские и селитебные территории;
2. промышленные площадки;
3. сельскохозяйственные объекты (пашни, сенокосы, пастбища, животноводческие комплексы и фермы, склады минеральных и органических удобрений);
4. свалки ТБО (в том числе и не санкционированные);
5. торфоразработки;
6. рекреация;
7. судоходство;
8. коттеджно-дачная застройка на берегах водоемов;
9. скотомогильники;
10. объекты накопленного вреда и т.д.

Диффузное загрязнение протекает по двум основным механизмам поступления загрязняющих веществ в водный объект. Во-первых, в период снеготаяния и дождевых паводков происходит формирование поверхностного стока, с которым в водный объект поступают преимущественно биогенные и взвешенные вещества. Во-вторых, частично поверхностный сток расходуется на испарение и инфильтрацию, в результате чего образуется подземный сток (грунтовые воды), с которым в водный объект поступают в основном минеральные вещества, пестициды. При этом за счет формирования дренажных вод, которые бесконтрольно сбрасываются в речную сеть, орошение и осушение сельскохозяйственных угодий способствует интенсификации выноса загрязняющих веществ с подземным стоком [16].

Массовая застройка берегов вблизи уреза воды, особенно в пределах водоохранных зон и прибрежных защитных полос, – еще один мощный источник диффузного загрязнения в последние два десятилетия [17]. На рисунке 3 представлены графики нарастания площадей застройки в береговой зоне Иваньковского водохранилища.

 

Рисунок 3 – Нарастание площадей застройки в береговой зоне Иваньковского водохранилища

 

В результате поступления с поверхностным и подземным стоком в водный объект продуктов диффузного загрязнения – биогенов, который априори не подвергается очистке, происходит эвтрофирование естественных водоемов и водохранилищ [16]. Особенно велика опасность диффузных загрязнений в период интенсивного поверхностного смыва – половодья и дождевых паводков.

В последние годы происходит снижение водопотребления крупнейшего в городе Москве промышленного потребителя воды ПАО «Мосэнерго». Причем снижение происходит не только в абсолютном, но и в удельном выражении (м3/ГДж). Последнее достигается за счет широкого применения в структуре генерирующей мощности энергоблоков, построенных по парогазовой технологии.

Графики фактического и удельного водопотребления ПАО «Мосэнерго» в период 2016 – 2021 гг. представлены на рисунках 4 и 5 соответственно [4].

 

Рисунок 4 – График водопотребления, млн. м3

 

Рисунок 5 – График удельного водопотребления, м3/ГДж

 

Как видно из графика, в ПАО «Мосэнерго» наблюдается тенденция снижения объемов водопотребления: в 2021 году по сравнению с 2016 г. водопотребление снизилось на 10%, т.е. около 50 млн. м3. Для этого компанией организованы следующие мероприятия:

• в филиалах разработаны балансы водопотребления и водоотведения;
• в филиалах проводятся организационные мероприятия по снижению расхода воды в системе оборотного охлаждения и основном термодинамическом цикле;
• установлены приборы учета водопотребления;
• ведется контроль продувки циркуляционной системы;
• на градирнях установлены каплеуловители для снижения потерь воды с капельным уносом;
• на ТЭЦ-12 установлена сухая вентиляторная градирня;
• проводятся реконструкции водоподготовительных установок с применением мембранных технологий.

Выводы

1. Активное сооружение водохранилищ для водоснабжения началось в 1928 г. для удовлетворения растущего спроса на воду, что стало следствием повышения количества жителей города, а также планами первых Пятилеток развития экономики страны.

2. Надежность водоснабжения потребителей города Москвы зависит от искусственных сооружений, регулирующих сток р. Москвы, и канала им. Москвы в связи с чем техническое состояние гидротехнических сооружений и режимы регулирования стока являются краеугольными вопросами бесперебойного функционирования системы водоснабжения.

3. Качество исходной воды ухудшается за счет диффузионного загрязнения водосборного бассейна р. Волга, что требует увеличения затрат на водоподготовку (или изменение технологии).

4. Крупнейший промышленный потребитель воды ПАО «Мосэнерго» активно реализует политику в области снижения водопотребления – в 2021 г. по сравнению с
2016 г. водопотребление снизилось на 10%, т.е. около 50 млн. м3.

5. Население Москвы и Московской области имеет обеспеченность водами местного формирования на уровне 0,5 тыс. м3/г.

6. город Москва характеризуется как «большой город, расположенный на малой реке».

7. Наличие профицитного водохозяйственного баланса не может служить поводом для бездействия в области снижения водопотребления.

В подготовке материала принимала участие Варигина В.А.

Список литературы

1. Сетевая версия энциклопедии «Москва» издания 1980 года: [Электронный ресурс].URL:https://mos80.com/p/paveletskaya_pyatiletniy/pervyy_pyatiletniy_plan.html?ysclid=lppao7ewz473800820 (дата обращения 29.11.2023).
2. Постановление Правительства Москвы от 21 сентября 2016 г. № 574-ПП «Об утверждении схем водоснабжения и водоотведения города Москвы на период до 2025 года».
3. Государственное унитарное предприятие «Мосводосток»: [Электронный ресурс]. URL: https://xn--b1aesfkbbawel.xn--p1ai/about/disclosure/#page-anchor (дата обращения 13.07.2023).
4. Материалы для повышения уровня экологического образования специалистов и экологического просвещения. – ПАО «Мосэнерго», 2020.
5. Мельник К.С. ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ В БАССЕЙНЕ РЕКИ МОСКВЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-6. – С. 1230-1237 URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37010 (дата обращения: 29.11.2023).
6. Озерова Н.А. История изучения гидрографической сети бассейна реки Москвы: дис. ... канд. географ. наук. – М:. РАН, 2011. – 239 с.
7. Озерова Н.А. История изучения гидрографической сети бассейна реки Москвы: дис. ... канд. географ. наук. – М:. РАН, 2011. – 239 с.
8. Регионы России. Центральный федеральный округ: [Электронный ресурс] // Научно-популярная энциклопедия «Вода России». URL: https://water-rf.ru/Регионы_России/1767/Центральный_федеральный_округ (дата обращения: 09.07.2023).
9. Водные ресурсы России и их использование / Под ред. Проф. И.А. Шикломанова. – СПб.: Государственный гидрологический институт. – 598 с., ил.
10. Джамалов Р.Г., Фролова Н.Л., Телегина Е.А., Рец Е.П. Максимальные и минимальные значения современного подземного стока как показатель естественных ресурсов подземных вод. М.: Недропользование XXI век, 2014. С. 27 – 33.
11. Годовой отчет акционерного общества «Мосводоканал» за 2022 год: [Электронный ресурс]. URL:  https://mvk22.downstream.ru/?/ru (дата обращения: 11.07.2023).
12. Годовые отчеты акционерного общества «Мосводоканал»: [Электронный ресурс]. URL: https://www.mosvodokanal.ru/forinvestors/reporting/#annual-tab (дата обращения 11.07.2023).
13. Великанов А.Л., Хранович И.Л., Клёпов В.И. и др. Проблемы надежности при многоцелевом использовании водных ресурсов / А.Л. Великанов, И.Л. Хранович, В.И. Клёпов и др. – М.: Наука, 1994. – 225 с.
14. Исмайылов Г. Х., Клепов В. И. Водохозяйственный баланс Московского региона в современных условиях. Гидравлика, гидрология, водные ресурсы, 2013, №5. С. 47 – 50.
15. Акционерное общество «Мосводоканал»: [Электронный ресурс]. URL:  https://www.mosvodokanal.ru/forpeople/waterquality.php (дата обращения: 29.11.2023).
16. Слабунова А.В., Суровкина А.П. О проблеме диффузного загрязнения водных объектов // НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ РОССИЙСКОГО НИИ ПРОБЛЕМ МЕЛИОРАЦИИ. – 2020. – №2 (38). – С. 124 – 139.
17. Ясинский С.В., Веницианов Е.В., Вишневская И.А. Диффузное загрязнение водных объектов и оценка выноса биогенных элементов при различных сценариях землепользования на водосборе // Водные ресурсы. – 2019. – Т. 46, № 2. – С. 232–244.

 

 

 

Фото на обложке: Istock / Andreas Gücklhorn