авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |

Геохимическая опасность и риск на урбанизированных территориях: анализ, прогноз, управление

-- [ Страница 9 ] --

Результаты спектрального анализа показали потенциальную возможность пород как "комплексного геохимического барьера", на котором могут концентрироваться загрязняющие вещества, тем самым обусловливая уменьшение степени загрязнения вод и формируя источник вторичного загрязнения. Для оценки потенциальной опасности загрязнения подземных вод в случае ликвидации отвала проведено изучение форм нахождения ряда элементов в породах.

На основании обобщения полученных результатов установлено следующее.

1. В виде водорастворимых соединений находится незначительное количество тяжелых металлов. В абсолютных величинах наиболее существенно наличие водорастворимых соединений железа, цинка и марганца, что хорошо согласуется с фактом повышенного содержания данных элементов в подземных водах. Основную опасность представляют марганец, цинк и железо, содержание которых в подвижных формах наиболее высоко по сравнению с другими элементами.

2. По характеру концентрирования выделены три группы элементов: а) элементы, пик концентрации которых зафиксирован в верхней части разреза: железо, кобальт, марганец в гидроксидной форме (концентрирование данных элементов происходит на щелочном барьере) и цинк в органо-минеральной форме; б) элементы, пик концентрации которых зафиксирован вверху карбонатной части разреза: медь, цинк и кадмий в карбонатной форме и свинец в аморфной гидроксидной форме; концентрирование меди, цинка и кадмия происходит на карбонатном барьере; 3) элементы без явных пиков концентрирования - никель и хром аморфной гидроксидной форме.

Ряды, отражающие максимальные концентрации элементов в различных формах (мг/100 г породы) представлены в таблице 3. (< -содержание элемента ниже чувствительности анализа).

В результате применения данного подхода для изучения роли пород в контролировании техногенного загрязнения на участке размещения отвала фосфогипса и пиритного огарка в районе г. Воскресенска установлено, что основная часть мигрирующих с подземными водами тяжелых металлов закрепляется в породах, с одной стороны, обусловливая уменьшение концентрации загрязняющих компонентов в подземных водах, а с другой - формируя источник вторичного загрязнения, размеры которого определяются совокупностью природно-техногенных условий загрязнения. Использование фазового геохимического метода позволило выяснить распределение форм нахождения тяжелых металлов в породах. Сделаны выводы о характере изменения загрязнения подземных вод после прекращения отсыпки отвала.

Таблица 3. Содержание форм нахождения химических элементов

Форма нахождения Геохимические ассоциации
Воднорастворимая Fe0.56 Zn0.30 Mn0.14 Cr0.015 Cu0.013 Ni0.008 Pb< Co< Cd<
Обменно-сорбированная Mn1.88 Fe0.26 Zn0.088 Co0.050 Ni0.035 Cr0.020 Pb0.018 Cu0.015 Cd0.003
Карбонатная Zn13.8 Fe6.7 Mn6.3 Cu0.95 Co0.46 Cd0.13 Cr0.069 Pb0.057 Ni0.038
Органо-минеральная Mn15.8 Fe10.1 Zn9.5 Cu0.22 Co0.19 Pb0.089 Cr0.057 Ni0.044 Cd0.006
Аморфная гидроксидная Fe243.9 Mn30.9 Zn2.1 Cu0.49 Co0.28 Cr0.20 Pb0.19 Ni0.10 Cd<

Глава 6. Прогноз риска загрязнения подземных вод подольско-мячковского водоносного горизонта в районе бывших Люблинских полей фильтрации

Люблинские поля фильтрации были устроены в 1892-1898 гг. как первые очистные сооружения города, занимавшие площадь до 1000 га. С 1985 г. началась их частичная, а с 1994 г. полная рекультивация, которая заключалась в выемке и вывозе илового осадка, замещении его суглинком и песком, но значительная доля илов оставалась на дне карт. Сточные воды полей фильтрации содержали значительное количество органического вещества, тяжелых металлов, нефтепродуктов и азота, что привело к загрязнению подземных вод и пород.

Территория исследований имеет ряд важных особенностей, которые необходимо учитывать при создании модели геологической среды – основы для построения геофильтрационной и миграционной моделей. На территории были обнаружены участки, где мощность юрских глин, разделяющих основные водоносные горизонты на рассматриваемой территории- надъюрский и подольско-мячковский, сокращена или юрские глины отсутствуют – участки литологических окон в разделяющем слое. На этих участках абсолютные отметки уровней надъюрского водоносного горизонта устанавливается выше, чем в более глубоких горизонтах и существует предпосылка перетекания загрязненных вод надъюрского водоносного горизонта в подольско-мячковский. Несмотря на большое количество пробуренных на территории скважин, положение, размеры и конфигурации гидрогеологических окон точно не известны.

Моделирование миграции и прогноз риска загрязнения подземных вод через литологические окна

На основании анализа ситуации предположили, что в качестве детерминированных событий можно принять: воздействие источника загрязнения (загрязненная зона аэрации) (Fi), расположение объекта в зоне влияния источника (S/Fi) так как водозабор (объект опасности) расположен по пути миграции загрязняющих веществ, проявление неустойчивости (V/Fr) потому что физико-химическое взаимодействие рассматриваемого загрязняющего вещества нитратов – с водовмещающими породами (известняками) незначителен и процесс дисперсии (в нашем случае основной процесс) рассматривается как детерминированный. Вероятностным процессом является формирование результирующего воздействия (Fr/Fi&S), так как концентрация загрязняющего вещества, поступающего в эксплуатируемый водоносный горизонт зависит от литологических окон, количество, расположение и размер которых точно неизвестен.

Основными задачами являлись: оценка вероятностей формирования в эксплуатируемом водоносном горизонте концентрации нитратов > ПДК и прихода загрязнения к водозаборной скважине, расположенной на противоположном берегу Москва-реки, а также исследование влияния гидрогеологических окон на загрязнение эксплуатируемого водоносного горизонта. Для решения поставленных задач были разработаны две модели: модель без гидрогеологических окон в разделяющем слое, чтобы смоделировать ситуацию, когда информация об окнах отсутствует и модель с использованием условного стохастического моделирования литологических окон в разделяющем слое. Для обеих моделей было выполнено моделирование переноса нитратов с использованием программы MODFLOW/MT3DMS (Chiang, Kinzelbach, 2001). В моделях был задан источник загрязнения - поля фильтрации, при помощи дополнительного инфильтрационного питания и относительной концентрации загрязнения равной 1. Для модели с окнами выполнено условное стохастическое моделирование загрязняющего вещества с оценкой вероятности загрязнения через гидрогеологические окна.

Для условного стохастического моделирования “литологических окон” была использована индикаторная функция I(x):

Статистические свойства индикаторной функции I(x) (математическое ожидание E{I(x)} и пространственная корреляция индикаторной функции в виде индикаторной вариограммы были рассчитаны с использованием данных по 254 скважинам. Математическое ожидание E{I(x)} или вероятность появления гидрогеологического окна - 0.3.

Методика, используемая для моделирования вероятности загрязнения эксплуатируемого водоносного комплекса, включала следующие шаги:

- условное стохастическое моделирование 50 вариантов расположения гидрогеологических окон при помощи SISIM программы GSLIB (Deutsch, Journel,1997);

- переход от каждого результата стохастического моделирования к карте коэффициентов фильтрации разделяющего слоя, используя условие:

- получение решения фильтрационной и миграционной задач при помощи программ MODFLOW/MT3DMS для каждого поля коэффициента фильтрации разделяющего слоя (Chiang Kinzelbach, 2001);

- вероятностный анализ полученных в результате моделирования полей концентраций.

Как показали результаты моделирования, максимальные модельные концентрации нитратов в эксплуатируемом водоносном горизонте в конце 100-летнего периода в обеих моделях превышают ПДК (рис.5). Сравнение поля концентраций нитратов надъюрского водоносного горизонта, полученное с использованием детерминистической модели без гидрогеологических окон, и поля осредненных концентраций, полученного при использовании стохастической модели с гидрогеологическими окнами, показало, что поля концентрации практически аналогичны. В отличие от этого, концентрации нитратов в подольско-мячковском водоносном горизонте значительно выше и область загрязнения больше в модели с гидрогеологическими окнами, что свидетельствует о существенном влиянии гидрогеологических окон на загрязнение эксплуатируемого водоносного горизонта, в том числе на миграцию загрязнения к водозабору.

Результаты вероятностного анализа модельных концентраций, полученных при стохастическом моделировании, показали следующее: во всех вариантах наблюдалось превышение концентрации выше ПДК, размер области загрязнения в эксплуатируемом водоносном горизонте с вероятностью 90-95% попадает в интервал от 8.3 до 11 км2; осредненные по всем вариантам для каждого блока концентрации также в ряде блоках превышают ПДК; вероятность достижения загрязнения в эксплуатируемом водоносном горизонте с водозабора составляет 0.75-0.85. Величина ущерба определялась стоимостью очистных сооружений, которая по предварительным расчетам составляла около 1 млн. руб. Таким образом, величина риска в денежном выражении составила более 500 000 руб.

a) б)

Рис.5. Результаты моделирования распределения загрязнения в подольско-мячковском водоносном горизонте (ниже разделяющего слоя): a) модель без гидрогеологических окон, б) модель с гидрогеологическими окнами (осредненные по 50-ти вариантам концентрации)

Глава 7. Обоснование управляющих решений по минимизации риска, связанного с загрязнением подземных вод, на участке размещения полигона твердых бытовых отходов

Постановка исследований обусловлена серьезной экологической проблемой - загрязнением природных сред, особенно мезокайнозойских водоносных горизонтов, в районе полигона твердых бытовых отходов. Для научного обоснования управляющих решений по минимизации риска необходимо было выполнить прогноз вероятности загрязнения подземных вод на перспективу развития полигона ТБО. Цель проводимых нами исследований – схематизация физико-химических условий и процессов миграции загрязняющих веществ как одного из основных этапов прогнозных расчетов. Эпигнозный эколого-геохимический анализ изменения химического состава подземных вод, сопредельных сред и свалочного фильтрата с начала функционирования полигона, позволили 1) идентифицировать опасность свалочного тела, как источника загрязнения окружающей природной среды (состав отложений, перечень потенциальных загрязняющих веществ, стадию разложения отходов (в верхней части свалочного тела - ацетогенеза, в нижней - активного или стабильного метаногенеза); 2) установить пространственно- временную динамику изменения окислительно-восстановительных зон, в значительной мере влияющих на состав и концентрацию загрязняющих веществ в подземных водах; 3) определить современный этап развития окислительно- восстановительной зональности (формирование: зоны восстановления природных или природно-техногенных соединений железа, содержащихся в твердой фазе водовмещающих пород, сопровождающегося выходом никеля и кобальта, ранее сорбированных на гидрооксидах), 4) выяснить особенности миграции загрязняющих веществ в свалочном теле и в подземных водах на различных этапах жизненного цикла полигона, 5) оценить возможность загрязнения подземных вод после рекультивации действующего и эксплуатации нового полигона ТБО.

Слабая прогнозируемость ситуации и наличие многих факторов неопределенности (в основном, связанных с отсутствием информации о содержании в породах соединений железа (III) и марганца (IV) и сложностью пространственно-временного прогноза изменения окислительно-восстановительных условий в водоносных горизонтах) определило необходимость проведения системно-ситуационного мониторинга, основными задачами которого являлись наблюдение и контроль за изменением: состояния свалочного тела и состава фильтрата и подземных вод, водовмещающих и перекрывающих отложений, обоснование на основе анализа информации рекомендаций по предотвращению, уменьшению или ликвидации техногенного влияния на подземные воды, наблюдение, анализ и оценка эффективности защитных мероприятий. Проведено обоснование выбора микробиологических и химических индикаторов контроля, позволяющих установить стадии разложения органического вещества в вертикальном разрезе, этапы развития окислительно-восстановительной зональности в водоносных горизонтах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Представленная диссертационная работа является научным обобщением теоретических, методологических и методических исследований автора. Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие выводы и наметить пути дальнейшего развития направления.

1. Разработка теории и методологии обеспечения безопасности населения и территорий в условиях активизации формирования и воздействия техноприродных геохимических опасностей - одна из наиболее актуальных проблем в современный период, решение которой должно основываться на результатах анализа и прогноза риска. Междисциплинарный характер проблемы обусловил проведение исследований в различных предметных областях науки, что определило вполне закономерное наличие разных подходов к классифицированию рисков (по среде развития опасностей, по реципиентам опасных воздействий), методологии и методов их оценки. Результаты анализа и обобщения исследований в области техноприродных рисков, связанных с загрязнением и агрессивными свойствами компонентов природной среды, показали необходимость дальнейшего развития и совершенствования теории и методологии анализа, прогноза и управления данными рисками.

2. Сформулированы понятия «геохимическая опасность» (как опасное геохимическое состояние компонентов природной среды) и «геохимический риск», классифицирующий риск по среде формирования опасности и учитывающий вероятности как формирования геохимической опасности, так и реализации опасной геохимической ситуации.

3. На основании синтеза различных теоретических представлений и опыта многолетних исследований разработана обобщенная концептуальная модель формирования техноприродной геохимической опасности и возникновения риска в социоприроднотехнической системе. Концептуальная модель позволяет представить: основные этапы, факторы и процессы формирования геохимической опасности и риска, основные составляющие геохимического риска, характер взаимосвязи в системе «ЛПР –техногенные источники – природная среда- человек»». Разработанные концептуальные представления положены в основу методологии прогноза и управления геохимическим риском на урбанизированных территориях.

4. Разработаны теоретические и методологические основы вероятностного подхода к прогнозу и управлению техноприродным геохимическим риском на урбанизированных территориях на единой концептуальной основе, заключающейся в рассмотрении возникновения риска как результата вероятностных событий в социоприроднотехнической системе.

Методология прогноза техноприродного геохимического риска основана на следующей концепции: наступление «конечного» неблагоприятного события рассматривается как сложное событие, являющееся результатом последовательно обусловленных более простых событий - воздействия техногенного источника, нахождения природного объекта в зоне воздействия техногенного источника, формирования опасного результирующего воздействия на природный объект, проявления неустойчивости природным объектом, контакта объекта опасности (реципиента) с природным объектом, проявления объектом опасности (реципиентом) уязвимости. Прогноз риска выполняется с точностью и достоверностью, соответствующих стадии проектирования, и зависящих от уровня ответственности объекта опасности, интенсивности потенциальных техногенных воздействий, восприимчивости природной среды и объекта опасности к воздействиям, величины предполагаемого риска. На прединвестиционной стадии рекомендуется использование экспертных методов или метода аналогии, на стадии обоснования инвестиций - аналитического метода с использованием упрощенных статистических распределений, на стадии проекта – стохастическое моделирование. Предложения по выбору методов прогноза риска на разных стадиях проектирования носят рекомендательный характер и могут корректироваться в зависимости от задач исследований. В работе представлены основные стадии прогноза техноприродного геохимического риска.

5. Вероятностный прогноз риска загрязнения подольско-мячковского водоносного комплекса на территории бывших Люблинских полей фильтрации в Москве, выполненный с использованием условного стохастического моделирования «гидрогеологических окон» в перекрывающих водоносный горизонт келловей-оксфордских глинах, позволил установить высокую вероятность (0.75-0.85) достижения загрязнением водозаборного участка на конец расчетного периода, а также с учетом ущерба оценить величину «денежного» риска.

6. На основании анализа существующих подходов к оценке геохимического состояния компонентов природной среды с позиций опасности их воздействия на различные объекты выделено и рассмотрено два подхода: вероятностный, при котором геохимическая опасность выражается в единицах риска в зависимости от типа ущерба, и детерминированный, использующий разные системы санитарно-гигиенических норм и геохимических показателей.

На основании многолетнего опыта и анализа литературных и фондовых данных обоснован вывод о необходимости учета специфики объекта сравнения при выборе «реперных» параметров для оценки опасности загрязнения почв, пород и техногенных отложений. Разработан подход для оценки геохимической опасности зоны аэрации как вторичного источника загрязнения подземных вод тяжелыми металлами. Апробация отдельных методических положений проведена на объектах Москвы и Московской области.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.