200 лет Екатерининскому Мытищинскому водопроводу - Валентин Иванович Маслов
Причины ухудшения качества мытищинской воды оставались загадкой. За решение этой проблемы взялся С. А. Озеров. Он провел серию экспериментов в лабораторных условиях с 1907 по 1911 год. Его предположения и исследования позволили выяснить, а затем и обосновать ошибки проектировщиков. К этому времени ситуация с качеством воды еще более усугубилась.
Помимо резкого увеличения общей минерализации[32] воды были обнаружены отложения в водоводе, в которых в избытке присутствовали серная кислота, соединения железа, марганца, магния, кальция и так далее. По данным В. А. Пушечникова наибольшая толщина осадков наблюдалась в верхнем сечении водовода, на границе раздела вода-воздух (до 75 мм); наименьшая — в придонном слое (до 12 мм). Осадки представляли собой липкую мажущуюся коллоидальную массу. Цвет и состав осадков и отложений изменялся на всем протяжении водовода от Мытищ до Крестовских башен: около Мытищ — ярко-желтый цвет[33], от Мытищ до Алексеевской насосной станции — зеленовато-серый[34], ближе к Алексеевской — зеленовато-черный[35], от Алексеевской до Крестовских башен — черный из-за значительного избытка в воде Mn3O4 Попытки остановить прогрессирующий процесс ухудшения качества мытищинской воды и попытаться, узнав причины, добиться хоть какого-то ее улучшения, интенсивно продолжались и в последующие годы. Но, увы… восстановить былую славу мытищинской воды так и не удалось, хотя и делались попытки: уменьшение отбора воды, очистка магистрального водовода, искусственное подтопление верховьев реки Яузы и так далее.
А причина, как установил С. А. Озеров, заключалась в том, что при ускоренно-нарастающем процессе принудительного отбора воды понизился ее уровень в питающих торфяных болотах от 2 до 6 метров, поэтому увеличилась воронка депрессии, торфяники осушились!
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: (Позволим себе надеяться, что труды[36] Комиссии по исследованию приник усилении жесткости мытищинской воды не только помогут Московскому Городскому Самоуправлению сохранить для столичного населения прекрасную мытищинскую воду, освободив ее от <…> недостатков (чрезмерная жесткость и железистостъ), но так же послужат на пользу многих русских городов, имеющих и намеревающихся строить грунтовые водопроводы, так как эти труды позволяют осветить один из темных вопросов гидрологии. Рублево. 12 марта 1914 года».
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
