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:   || 2 | 3 |

Теоретические основы, методы исследований и защиты гидросферы горнорудных районов оренбуржья

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Алфёрова Надежда Сергеевна

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ЗАЩИТЫ ГИДРОСФЕРЫ ГОРНОРУДНЫХ РАЙОНОВ ОРЕНБУРЖЬЯ

Специальность 25.00.36 Геоэкология









АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Пермь 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» (ОГУ)


Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Гаев Аркадий Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

старший научный сотрудник Мельников Борис Николаевич

доктор технических наук,

профессор Костицын Владимир Ильич

Ведущая организация:

ООО Комплексный научно-исследовательский и внедренческий центр «Геоэкология» (ООО КНИиВЦ «Геоэкология»), г. Оренбург


Защита диссертации состоится " 23 " ноября 2006 г. в 16-00 на заседании диссертационного совета Д212.189.05 в Пермском государственном университете по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева 15, в зале заседаний Ученого совета. Факс: (342)237-17-11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета

Автореферат разослан " " октября 2006 г.










Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат географических наук, доцент И.А. Старков

Общая характеристика работы


Актуальность работы. Гайский горнорудный район с крупнейшим в мире медно-колчеданным месторождением и горно-обогатительным комбинатом расположен на востоке Оренбургской области, в бассейне р. Урал. Под влиянием процессов техногенеза здесь сформировалась своеобразная геологическая среда (ГС). Процессы техногенеза при добыче и обогащении руд ведут к загрязнению окружающей среды (ОС) сернокислыми соединениями тяжелых металлов в зоне влияния Гайского ГОКа. При этом активизируются негативные геологические процессы (оползни, осыпи, оврагообразование на бортах карьеров и по берегам водоемов), преобразуется рельеф и формируются опустыненные, сернокислотные ландшафты. Происходят метаморфизация и загрязнение поверхностных и подземных вод. Вокруг карьеров увеличиваются площади депрессионных воронок. Воды р.Урал участками содержат тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, имеют высокий коли-индекс, цветут и непригодны для ведения рыбного хозяйства. Поэтому разработка специальных технических средств защиты и перехода к управлению качеством водохозяйственных объектов очень актуальны.

Цель работы: изучить условия развития техногенеза в горнорудном районе и разработать технические средства защиты водохозяйственных объектов и мероприятия по минимизации техногенной нагрузки.

Решались следующие задачи:

1. Исследовать и оценить интенсивность развития процессов техногенеза, построить схему типизации территории по уязвимости к загрязнению.

2. Уточнить классификацию геохимических и гидродинамических барьеров.

3. Разработать геотехнические системы (способы и устройства) для локализации негативного воздействия источников загрязнения на гидросферу.

4. Использовать особенности проявления барьерного принципа при решении задач хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Объект исследований: гидросфера и водохозяйственные объекты горнорудного района.

Предмет исследований: процессы техногенной трансформации поверхностных и подземных вод в горнорудном районе.

Фактический материал, положенный в основу работы, получен в процессе обучения на архитектурно-строительном факультете Оренбургского государственного университета и в аспирантуре под руководством профессора А.Я. Гаева (20002006 гг.). Материал собран в фондах ОГУ, в территориальных фондах и по литературным источникам. В работе использовано более 1000 анализов проб природных и сточных вод, почв, грунтов, отвалов горных пород, шламов и шлаков. Анализы выполнены в отделе геоэкологии Оренбургского НЦ УрО РАН, в лабораториях Минприроды, Гайского ГОКа и Института электрохимии УрО РАН. В водах определялись: гидрокарбонаты, карбонаты, сульфаты, хлор, нитриты, нитраты, кремнекислота, натрий, калий, кальций, магний, жесткость, минерализация, а также аммоний, алюминий, марганец, селен, окисляемость, нефтепродукты, величины рН и Eh. Применялись методы приближенно-количественного спектрального и атомно-абсорбционного анализов. Определялись: железо, никель, кобальт, хром, медь, цинк, свинец, мышьяк, молибден, марганец и ртуть.

Выполнены полевые исследования, экспериментальные работы и обобщение материалов, а также моделирование участков гидросферы. Разработаны 2 патента и 1 заявка с номером госрегистрации. На основе идей В.Д. Бабушкина, А.И. Перельмана, А.Я. Гаева разработан барьерный принцип и обоснованы следующие защищаемые положения.

1. Теоретические основы геоэкологических исследований горнорудных районов, позволяющие минимизировать техногенную нагрузку на геологическую среду и оптимизировать применение технических средств защиты водохозяйственных объектов.

2. Установка совмещенного вертикального и горизонтального дренажа для локализации загрязненных флюидов от источников загрязнения, расположенных на водораздельных пространствах, позволяющая предотвратить их негативное воздействие на водохозяйственные объекты и получить воды питьевого качества.

3. Устройства барьерного типа для локализации загрязняющих веществ перед водозаборами подземных вод и источниками загрязнения, позволяющие сохранить водохозяйственные объекты от загрязнения и зарастания озерной растительностью.

Научная новизна:

1. Разработаны вопросы теории взаимодействия природного комплекса с техническими системами на основе применения качественных и количественных методов оценки техногенного воздействия объектов горнорудной промышленности на геологическую среду, реализованные в виде схем типизации территории по уязвимости к загрязнению и уточненной классификации гидродинамических и геохимических барьеров. Эти теоретические основы обеспечивают минимизацию техногенной нагрузки, особенно при размещении устройств барьерного типа среди активных в физико-химическом отношении пород с повышенным содержанием карбонатного материала: известняков, гипербазитов и базитов. Здесь эффективность комплексных барьеров усиливается, и формируются природно-техногенный и техногенно-природный типы барьеров. Сернокислые воды при взаимодействии с ними подвергаются нейтрализации и самоочищению от тяжелых металлов.

2. Установка совмещенного вертикального и горизонтального дренажа представляет собой новый геотехнический способ перехвата потоков загрязненных флюидов, движущихся от источников загрязнения, расположенных на водоразделах к водохозяйственным объектам по овражному аллювию. Она способна перехватить и локализовать загрязненный поток на всю мощность его развития и тем самым предотвратить загрязнение водохозяйственных объектов от источников загрязнения, расположенных на водосборных пространствах.

3. Разработан принципиально новый подтип техногенно-природного барьера (Патент на полезную модель № 55382, зарегистрирован 10.08.06 [12]). Установлено, что такого типа технические средства защиты гидросферы наиболее эффективны при размещении их среди известняков, гипербазитов и базитов, где могут формироваться и барьеры природно-техногенного типа.

4. Созданное техническое устройство защиты водохозяйственных объектов от источников загрязнения, расположенных на водоразделах, в совокупности с комплексными техногенно-природными барьерами позволяют локализовать и нейтрализовать негативное воздействие загрязнения как в непосредственной близости от источников, так и непосредственно перед водохозяйственными объектами. Кондиционные воды питьевого качества в горнорудных районах в условиях интенсивного развития процессов техногенеза возможно получить в зонах сосредоточения аллювиальных, трещинно-грунтовых и трещинно-карстовых вод на основе применения барьерного принципа в комплексе с разработанными техническими средствами и с использованием методов восполнения ресурсов пресных подземных вод.

Практическая значимость работы.

1. Детализированная автором классификация барьеров применительно к горнорудным районам позволяет системно осуществлять мероприятия по минимизации техногенной нагрузки на водохозяйственные объекты за счет более целенаправленных разработок природоохранных мероприятий на стадии проектирования геосистем и технических средств защиты водохозяйственных объектов.

2. Созданная установка совмещенного вертикального и горизонтального дренажа обеспечивает перехват потоков загрязненных флюидов, стекающих от источников загрязнения, расположенных на водораздельных и водосборных пространствах, включая нижнюю часть потока, которая другими средствами не локализуется (получен патент на полезную модель № 47914, зарегистрированную 10.09.05 [3]).

3. Разработанное устройство барьерного типа для локализации загрязняющих веществ перед водозабором подземных вод, относящееся к новому подтипу техногенно-природного барьера, обеспечивает более надежную локализацию загрязняющих веществ перед водохозяйственными объектами по сравнению с имеющимися техническими средствами за счет совмещения эффектов геохимического барьера с гидравлическим замком гидродинамического барьера (получен патент на полезную модель № 55382 от 10.08.06 [12]).

4. При совместной работе установки вертикального и горизонтального дренажа с комплексными барьерами возрастает эффективность локализации загрязняющих веществ и обеспечивается снижение техногенной нагрузки на водохозяйственные объекты и гидросферу как со стороны источников загрязнения, расположенных на водоразделах, так и непосредственно перед водохозяйственными объектами. В совокупности они также стимулируют процессы самоочищения вод и позволяют обеспечить население горнорудных районов экологически чистой питьевой водой.

5. Внедрение разработанного автором устройства геохимического барьера для очистки термальных вод теплоэлектростанций позволит предотвратить зарастание крупнейшего на Урале Ириклинского водохранилища озерной растительностью и сохранить качество водных ресурсов от теплового и биологического загрязнения (заявка № 2006119106 от 31.05.06 [11]).

Апробация результатов работы. Положения диссертации докладывались и представлялись на международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях: по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды (Томск, 2004, 2006), в Оренбургских госуниверситетах (2005, 2006), в Волжском университете им. Татищева (2006), в ЕНИ Пермского госуниверситета (2005), во ВНИИГе им. Б.Е. Веденеева, СПб (2006), в Московском строительном госуниверситете (2006), на конференциях МАНЭБ в СПб (2005) и в Омске (2006), на седьмом конгрессе «ЭКВАТЭК» в Москве (2006), на совещании по подземным водам востока России, Иркутск (2006).

По теме диссертации имеются 15 основных публикаций, два патента и одна заявка на изобретение. Результаты исследований внедрены в учебный процесс при разработке и написании учебного пособия, а также в научно-технические разработки для предприятий ОАО «Оренбургэнерго».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, в т.ч. текст - 149 стр., рисунков - 53, таблиц – 33. Библиографический список содержит 235 наименований.

Автор благодарен за помощь и консультации сотрудникам и преподавателям архитектурно-строительного факультета ОГУ и отдела оптимизации природопользования и охраны геологической среды Оренбургского научного центра. В оформлении работы автору оказал помощь И.Н. Алферов. Особую признательность автор выражает своему научному руководителю профессору Гаеву Аркадию Яковлевичу за постоянную поддержку в работе к.г-м.н. и Е.Н. Сквалецкому за консультации и предоставление ряда ценных материалов.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «История исследований процессов взаимодействия техногенных систем с природным комплексом» использованы следующие работы: «Гидрогеология СССР, т. 43, Оренбургская область» (1972), работы А.Я. Гаева и др. (1978-2006), В.С. Самариной и др. (1999), В.Д. Бабушкина и др. (2003), А.М. Черняева (1960-2000), О.М. Севастьянова и др. (1965-2005), А.П. Бутолина (1987-2005), Е.В. Кузнецовой (2004), З.С. Адигамовой (2004), В.Г. Гацкова (2004), И.Н. Алферова (2005). Использованы труды В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана, Е.М. Сергеева, В.И. Осипова, А.И. Перельмана, В.А. Кирюхина, А.И. Короткова, В.А. Мироненко, В.Г. Румынина, В.Л. Бочарова, Б.Н. Мельникова, А.П. Красавина, В.Н. Быкова, К.Е. Питьевой, И.С. Зекцера, В.Н. Синякова, А.Н. Попова, Ю.С. Рыбакова, А.И. Семячкова, П.В. Ивашова, В.М. Швеца, С.Л. Шварцева, В.А. Всеволожского, В.Т. Трофимова и др. [1, 9, 10].

Первые сведения о районе относятся к периоду академических экспедиций (XVIII – начало XIX вв.). Интерес к району был вызван целебным Купоросным озером в сухом русле истока р. Колпачки, правого притока р. Урал. В 30-х гг. XX в. сделано предположение о связи озера с Гайским медно-колчеданным месторождением, открытым в 1954 г. и эксплуатируемым с 1959 г. При съемке района Е.И. Токмачев (1953 г.) рекомендовал использовать для водоснабжения района аллювиальные воды р. Урал.

М.Б. Бородаевская (1962-1975 гг.) с соавторами, Г.Н. Пшеничный (1975), В.А. Прокин (1990) и др. установили на месторождении зональное распределение рудообразующих минералов, и та же закономерность обнаружена и в химическом составе вод. Выявлены следующие закономерности: 1) сульфат-ионы образуют на месторождении ореолы рассеяния вокруг рудных тел; 2) содержание тяжелых металлов в водах превышает ПДК за пределами месторождений, фиксируя их первичные и вторичные ореолы рассеяния; меняется характер металлоносности и содержание в водах меди, железа, цинка, свинца, никеля, кобальта, мышьяка, а также марганца, бария, молибдена, олова и серебра; 3) под влиянием реликтов морского солевого комплекса минерализация вод растет по направлению к депрессиям до 12 г/л, гидрокарбонатные воды сменяются хлоридными.

Строительство крупнейшего на Урале Ириклинского водохранилища изменило геоэкологические условия района. Глубокие преобразования природного комплекса выдвинули задачи хозяйственно-питьевого водоснабжения населения пос. Энергетик и Ириклинской ГРЭС.

Во второй главе «Методы исследований» использованы известные понятия и параметры: гидросфера, геологическая среда, техногенез, загрязнение, ноосфера, литогидромониторинг, ПДК и ПДВ (Черкинский, 1977; Израэль, 1987; Гаев, 2001). Для разработки прогнозов используются методы оценки состояния гидросферы на определенный момент времени (Булатов, 1990; Гаев, Якшина, 1996; Гаев и др., 2005) [1, 6, 8, 13, 15]. Техногенное воздействие на природный комплекс оценивается как экспертным путем, так и количественно с применением модуля предельно-допустимого загрязнения (Мпдв), по А.Я. Гаеву (1989-2005). Разница между модулем химического стока с данной территории (Мпхс) и Мпдк дает модуль пре­дельно допустимого загрязнения (Мпдв):

Мпдв Мпхс Мпдк (1)

При положительном Мпдв, санитарное состояние вод считается удовлетворитель­ным, а при отрицательном неудовлетворительным.

На основе результатов картографирования и типизации территории по уязвимости прогнозируется состояние гидросферы и разрабатываются мероприятия по минимизации техногенного воздействия на природный комплекс (Гаев, Якшина, 1996).

Экологическое обоснование перспек­тивного размещения производительных сил осуществляется на основе схемы типизации территории по уязвимости к загрязнению. Целесообразно размещать новые объекты на неудобьях, слабо уязвимых к загрязнению.

Очистка загрязненных вод традиционными методами относится к дорогостоящим предприятиям. Нами разработаны приемы, связанные с использованием комплексных барьеров. Понятие о геохимических барьерах ввел в науку А.И. Перельман (1961), понимая под ними такие участки земной коры, где на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов, что приводит к их концентрации. Он выделил механические, биогеохимические и физико-химические типы барьеров, а среди последних выделил классы, из которых в исследуемом районе наиболее значимы щелочной и сорбционный барьеры. Выделены также природные и техногенные барьеры, принципиально не отличающиеся друг от друга. Шахтные воды в районе имеют кислую реакцию среды, в связи с окислением сульфидов. Кислые стоки угнетают растительные и животные организмы и на их пути целесообразно создавать искусственные щелочные барьеры. Автором сделана попытка дальнейшего дополнения классификации барьеров (рис.1). Наряду с природными и техногенными выделены природно-техногенный и техногенно-природный типы барьеров. Техногенно-природный тип барьеров подразделяется на геохимический, гидродинамический и комплексный гидродинамический и геохимический.

Рис. 1. Классификация барьеров

Система мониторинга это система наблюдения, контроля, анализа, прогноза и управления качеством ОС. Эта система регистрирует техногенные и природ­ные изменения в ОС при помощи физико-химических, санитарно-технических, технологических и социально-демографических по­казателей, с учетом которых разрабатываются природоохранные мероприятия.

В третьей главе «Природные условия размещения техногенных систем и технических средств защиты» характеризуются физико-географические и геологические особенности Гайского горнорудного района и его гидролого-гидрогеологические условия [1, 8, 10, 15]. Климат и ландшафты района изменяются зонально с севера на юг и юго-восток от южной тай­ги и лесостепи до степи и сухой степи. Район охватывает среднюю часть бассейна р. Урал и долины его притоков (Сакмара, Таналык, Губерля, Орь, Суундук, Кумак).

Район приурочен к южной части западного крыла Магнитогорс­кого прогиба, выполненного вулканогенно-осадочными об­разованиями. Преобладают тектонические разломы общеуральского простирания с шириной от 1-2 до 15-20 км. Интрузивные породы представлены цепочками гипербазитов, дайка­ми габброидов и отдельными массивами гранитоидов на востоке территории. Ступенчато погружающиеся и поднимающиеся блоки образуют структурно-формационные зоны.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.