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 || 3 |

Теоретические основы, методы исследований и защиты гидросферы горнорудных районов оренбуржья

-- [ Страница 2 ] --

Жаркий, резко континентальный климат и значительное испарение ограничивают ресурсы пресных вод, которые сосредоточены в речных долинах и аллювиальных водоносных горизонтах поймы р. Урал и его притоков. Практическое значение имеют также трещинные воды палеозойских пород. Дефицит водных ресурсов усугубляется паводковым и ливневым характером водного стока, частыми суховеями и пыльными бурями, не защищенностью водоносных горизонтов от загрязняющих веществ.

В четвёртой главе «Теоретические основы исследований и оценка состояния водохозяйственных объектов» даны теоретические представления о воздействии технических систем на гидросферу и водные ресурсы района, отличающиеся неравномерным распределением стока [1, 2, 7, 10, 14].

На Гайском ГОКе важнейшими источниками загрязнения служат шахта и карьеры, отвалы пород, пруды-накопители и отстойники, обогатительная фабрика, заводы, ТЭЦ, птицефабрика, фермы, животноводческие комплексы. Под отвалами высотой до 65 м сформиро­вался техногенный горизонт кислых минерализованных вод, стекающих в Колпачку и Елшанку. Стоки после нейтрализации поступают в пруды-накопители. Илы сорбируют загрязняющие вещества. Рудничные стоки и стоки обогатительной фабрики имеют рН 2.14.2 и минерализацию до 270 г/л при резком преобладании сульфатов (7198%-экв) над хлоридами. При нейтрализации сточных вод путем извест­кования растет их рН, тяжелые металлы выпадают из раствора. Сточные воды после очистки идут в оборотные системы водоснабжения, а часть их попадает в Сух. Губерлю. Территория испытывает текущую и исторически накопленную нарастающую во времени техногенную нагрузку.

Взаимодействие ареалов загрязнения с ГС на разных площадях протекает неодинаково. На рис. 2 выделено 4 типа гидрогеоэкологических разрезов и районов их развития. В первом и третьем типах разрезов на поверхность выходят палеозойские породы, отмытые от реликтов солей морского солевого комплекса. Второй тип представлен с поверхности третичными и мезозойскими отложениями, содержащими такие реликты и включения гипса. Третий тип отличается от первого высокой физико-химической активностью вмещающих пород, что отражается на своеобразии процессов техногенеза. Четвертый тип районов сложен аллювиальными отложениями с ценными водными ресурсами. Определяющую роль в гидрогеоэкологии территории играют: первый тип разреза, характерный для бассейнов рек Колпачки и Елшанки, и третий тип, имеющий место в бассейне Сух. Губерли, Губерли и в районе пос. Энергетик.

С учетом изложенного выполнена типизация территории горнорудных районов Восточного Оренбуржья по уязвимости к загрязнению в понимании Марга, Врба, Запорожца, К.Е. Питьевой (1999), И.С. Зекцера (2001) (рис.3). На схеме отображено текущее значение модуля предельно-допустимого загрязнения (Мпдв), по А.Я. Гаеву (1989), отражающее запас экологической устойчивости территории. Для прогноза ситуации использован принцип оценочного картографирования на базе интегральных показателей, полученных при количественной и балльной экспертной оценке широкого спектра природных и техногенных факторов [14].

Типы гидрогеоэкологических разрезов IV тип
Условные обозначения:  Схема Гайского горнорудного района с различными типами-4

Рис. 2. Схема Гайского горнорудного района с различными типами гидрогеоэкологического разреза

 Схема типизации территории горнорудных районов Восточного Оренбуржья по-5

 Схема типизации территории горнорудных районов Восточного Оренбуржья по-6

Рис. 3. Схема типизации территории горнорудных районов Восточного Оренбуржья по уязвимости к загрязнению с учетом экспертно-балльной оценки:

Типы районов: 1 - слабо уязвимые (до 1 балла; МПДВ 50-70 т/км2 в год), рекомендуемые к неограниченному использованию с минимальными мероприятиями по охране окружающей среды (ОС); 2 - уязвимые (1-2 балла; МПДВ 20-50 т/км2 в год), рекомендуемые к ограниченному использованию с приемлемыми затратами на охрану ОС; 3 - значительно уязвимые (2-3 балла; МПДВ 5-20 т/км2 в год), рекомендуемые к весьма ограниченному использованию с высокими затратами на охрану ОС; 4 - весьма уязвимые (более 3-х баллов; МПДВ менее 5 т/км2 в год ), рекомендуемые к исключительно ограниченному использова­нию; 5 - Гайский горнорудный район

Данная схема может быть использована проектными организациями на стадии проектирования новых производственных объектов путем экологически обоснованного размещения их на слабо уязвимых к загрязнению площадях. Водохозяйственные объекты приурочены к четвертому весьма уязвимому типу районов.

Крупнейшим водохозяйственным объектом Урала является Ириклинское водохранилище, созданное для обеспечения водой Восточного Оренбуржья. Его объем при НПУ равен 3.26 км3, площадь зеркала 260 км2 при средней глубине 12.5 м. Вода на 80% идет на охлаждение агрегатов Ириклинской ГРЭС мощностью 2400 МВт, что вызывает подогревом воды в нем на 8-110 [10]. Это стимулирует развитие озерной флоры и сине-зеленых водорослей. В паводок (апрель-май) количество взвешенных веществ возрастает до 7.89.1 мг/л, превышая ПДК в 5.26.5 раз. Цветность воды увеличивается до 350540 (1.752.7 ПДК). Такое качество воды длится 47 месяцев. В последние 5 лет цветность и мутность в 1.12.3 раза превысили санитарные нормы и требуют больших затрат на очистку. Индекс загрязнения воды (ИЗВ) в водоеме в районе пос. Энергетик в отдельные годы (2001) достигает 2.22, что свидетельствует о масштабном загрязнении водоема. На отдельных участках при этом отмечено превышение рыбохозяйственных нормативов по железу, марганцу, цинку, титану и нефтепродуктам. При подготовке воды ее хлорируют, ухудшая вкус и качество. В результате токсичный остаточный хлор превышает нормы.

Восточной ГРЭ пробурен ряд скважин в районе пос. Энергетик. С участием Е.Н. Сквалецкого проанализированы результаты опробования 23 скважин на площади 30 км2. 2/3 выработок вскрыли слабо обводненные и безводные породы. В большей части скважин воды оказались соленые и очень жесткие (35.954.2 моль/л). Для питьевых целей гидрогеологи рекомендовали использовать скв. 7 и 8, отметив их недостаточную водообильность. Учитывая генезис солевого комплекса пород каменноугольной системы и тенденцию к его промыванию, очевидна возможность восполнения ресурсов подземных вод водами водохранилища. Моделирование химического состава смесей подземных и поверхностных вод показало, что в процессе восполнения запасов происходит их самоочищение, и высокое качество вод не вызывает сомнения (рис. 4).

 Mg Ca Na Cl SO4 HCO3 1 а) б) в) мг/л 2 а) б) в) мг/л Модели химического-7

Mg Ca Na Cl SO4 HCO3

1 а)

б)

в)

 мг/л 2 а) б) в) мг/л Модели химического состава вод каменноугольного-8

мг/л

2 а)

б)

в)

мг/л

Рис. 4. Модели химического состава вод каменноугольного водоносного комплекса при восполнении их запасов за счет водохранилища, в среднем за год: 1) в скв.8; 2) в скв.4; а) на 10%; б) на 30%; в) на 50%

В пятой главе «Рекомендации по созданию технических средств защиты водохозяйственных объектов» исходной позицией служит факт проникновения ареалов от крупных источников загрязнения в долины рек [1, 3, 4, 5, 11, 12, 13]. Расстояние от источников загрязнения до аллювиальных водоносных горизонтов в районе обычно меньше 1000 м, а водоемы нейтрализации кислых рудничных вод расположены непосредственно на аллювии рек Елшанки и Колпачки. По расчетам время распространения загрязненных вод от промышленного источника до р. Урал не превышает 7075 лет, а от водоемов нейтрализации 510 лет (Кузнецова, 2004; Минигазимов, 2002). Крупные предприятия в Орске появились в середине 30-х годов, в Новотроицке в 40-х, а в Гае в 50-х годах. Геоэкологическая устойчивость района в результате техногенной трансформации ГС исчерпана. Требуется инженерное усиление способности ОС к самоочищению. Рекомендуется создавать гибкие непроницаемые гидродинамические барьеры по В.Д. Бабушкину в комплексе с геохимическими барьерами по А.И. Перельману.

Рассмотрены существующие и разработаны новые способы, отражающие особенности миграции загрязняющих веществ к водохозяйственным сооружениям от источников загрязнения:

1) расположенных на водоразделах и водосборных пространствах, откуда загрязняющие вещества движутся к водохозяйственным объектам в долинах рек;

2) расположенных непосредственно у водоема, питающего инфильтрационные и открытые водозаборы;

3) расположенных в частично осолоненных пластах каменноугольного водоносного комплекса; при работе водозабора комплексный барьер отделяет пресные воды от соленых.

От источников загрязнения, расположенных на водосборных площадях, потоки загрязняющих веществ движутся не только по поверхностным водотокам, но и по плохо отсортированному овражному аллювию на глубинах от 46 до 812 м. Эффективных технических средств предотвращения загрязнения водохозяйственных объектов от подземных потоков не существует, а источников загрязнения в горнорудных районах на водосборах достаточно много. Нами разработана установка совмещенного горизонтального и вертикального дренажа, предназначенная для локализации загрязненных флюидов [3] (рис. 5).

Рис. 5. Установка совмещенного вертикального и горизонтального дренажа с целью перехвата загрязняющих веществ (патент РФ № 47914 зарегистрирован 10.09.05): а) в плане, б) в разрезе:

1 - горизонтальная горная выработка с дренажной трубой, заполненная щебнем; 2 - дренажная труба с перфорацией; 3 - выводная труба; 4 - эксплуатационные скважины с погружными насосами; 5 - специальные скважины с щебнистой засыпкой; 6 - наблюдательная скважина-пьезометр; 7 - интервалы перфорации фильтра в эксплуатационных и наблюдательных скважинах; 8 – зумпф для сбора загрязненных вод; 9 - обсадные трубы; 10 - щебнистый заполнитель

Конструкция установки состоит из дренажной канавы глубиной 46 м и двух эксплуатационных скважин на верхний водоносный горизонт. Вокруг них пробурены по кругу 6 скважин, в пять из которых засыпается мелкий щебень, с извлечением обсадных труб. Одна из шести скважин наблюдательная. Эта конструкция обеспечивает максимальный приток загрязненных вод при невысокой проницаемости вмещающих пород. Установка принципиально отличается от известных, и на нее получен патент № 47914 10.09.05. Особенно эффективно совмещать ее с искусственными водоемами с фильтрующими плотинами, которые содержат в составе фильтров активные в физико-химическом отношении породы. В связи с этим предложено устройство напорной фильтрующей плотины (рис. 6). Расчетное время фильтрации загрязненной жидкости обеспечивает необходимый уровень очистки и определяется экспериментально.

Рис. 6. Устройство напорной фильтрующей плотины для малых и временных водотоков горнорудного района:

1- верхний бьеф; 2- бетонное тело плотины; 3- лоток для аварийного сброса; 4- фильтрующий блок; 5- нижний бьеф

Для нейтрализации источников загрязнения, расположенных у водоемов, например, Ириклинской ГРЭС, предложено устройство совмещенного механического и биогеохимического барьера для очистки термальных вод (рис. 7), которое устанавливается на выходе из водоотводного канала, по которому сбрасываются термальные сточные воды ГРЭС.

Рис. 7 Устройство совмещенного механического и биогеохимического барьера для очистки термальных вод (заявка №2006119106 от 31 мая 2006):

а) в плане; б) в разрезе; 1 - бетонное основание, 2 - берегоукрепительные бетонные борта, 3 - бетонный каркас, 4 - непроницаемые блоки, 5 - проницаемые блоки, 6 - лоток для аварийного сброса вод, 7 - водосбросный канал.

Барьерное устройство является проницаемым. Пропуская воду, оно задерживает загрязняющие вещества. Увеличивается объем и снижается скорость движения воды по каналу. Ускоряются процессы очистки вод от водорослей. В фильтрующую часть плотины дозиметрами подается озонированная вода, ускоряющая процессы окисления органических загрязняющих веществ. По мере загрязнения предусматривается замена фильтров.

Водохранилище играет роль не только накопителя воды и отстойника, но и служит источником восполнения запасов вод аллювиального водоносного горизонта. Ресурсы этого горизонта в нижнем бьефе водохранилища после заполнения водоема резко возросли.

Как уже отмечено выше, в зоне влияния водохранилища водоносный горизонт отмыт от реликтов солей морского солевого комплекса (скв. 7, 8 и др.). В соседних скважинах, не затронутых влиянием водохранилища, обнаружены соленые воды, не пригодные для водоснабжения (скв. 4 и др.). Для решения вопросов водоснабжения за счет опресненных вод каменноугольного водоносного комплекса нами выполнены следующие разработки.

1. По восполнению запасов опресненных вод каменноугольного комплекса за счет вод Ириклинского водохранилища.

2. Мероприятий по отделению пресных вод комплекса от соленых.

3. По обеспечению высокого уровня самоочищения вод.

Рассмотрены два основных источника хозяйственно-питьевого водоснабжения населения пос. Энергетик и персонала ИГРЭС: 1) за счет частично осолоненных вод каменноугольного водоносного комплекса и 2) за счет аллювиального водоносного горизонта. Ресурсы пресных вод каменноугольного комплекса недостаточны для обеспечения указанных объектов. Поэтому предложен вариант восполнения запасов этого комплекса за счет вод Ириклинского водохранилища (рис. 8).

Рис. 8. Восполнение запасов пресных вод каменноугольного водоносного комплекса за счет поверхностных вод Ириклинского водохранилища:

1 – водоем; 2 – водозаборная скважина чистых вод; 3 – емкость для воды; 4 – терригенно-карбонатные породы каменноугольного водоносного комплекса; 5 – статический уровень грунтовых вод; 6 - динамический уровень грунтовых вод; 7 - практически водоупорные породы каменноугольного водоносного комплекса; 8 – направление потока движения вод

Для более эффективной работы водозабора пресных вод предложено устройство, состоящее из параллельно отстоящих друг от друга водозабора пресных вод и дренажа соленых вод (рис. 9). Между ними размещена водонепроницаемая перемычка.

Рис. 9. Устройство барьерного типа перед водозабором пресных подземных вод с целью изоляции их от осолоненных (или загрязненных) вод в разрезе

(патент РФ № 55382, зарегистрирован 10.08.06):

1 - водозаборная скважина чистых вод; 2 - скважина для дренажа загрязненных вод; 3 - водоносный горизонт; 4 – геохимический барьер в виде стенки из адсорбционного материала глинобетона или активированного угля; 5 – водоупорные породы

Устройство содержит водозаборную скважину (или куст) чистых вод и скважину для дренажа соленых вод, пройденную на всю мощность водоносного горизонта. При этом поток соленых вод, обходя геохимический барьер в виде стенки из адсорбционного материала, очищается, а оставшиеся загрязняющие вещества откачиваются через дренажные скважины. Роль барьера играют терригенно-карбонатные водовмещающие породы, обладающие высокой физико-химической активностью (9г на 100г породы). Гидродинамическим барьером служит поверхность раздела между пресными и солеными водами с границей раздела потоков в зоне пресных вод. При этом исключается возможность поступления соленых вод в водозабор пресных вод.

Непосредственный забор достаточного количества высококачественной воды из скважин пока получен лишь в аллювиальном водоносном горизонте. Его можно вскрыть рядом с пос. Энергетик из-под слоя воды на водохранилище или в долине р. Урал, ниже пос. Ириклинский.

Аллювиальные горизонты у пос. Энергетик затоплены и эксплуатировать их возможно только из-под водохранилища, аналогично тому, как разрабатываются субмаринные источники. С надводной платформы бурится куст наклонных эксплуатационных скважин (рис. 10). Опыт такого строительства в мире свидетельствует о реальности и рентабельности данного варианта. При этом нет необходимости строить водоводы большой протяженности.

Система мониторинга на предприятии горнорудного района включает технологический и дистанционный контроль над зонами влияния предприятий, а также геофизический, гидрогеологический и санитарно-геохимический контроль. В условиях дефицита пресных вод гидрогеологический контроль заключается в картографировании ареалов загрязнения и их источников и в контроле над водопритоками в горные выработки.

Рис. 10. Надводная платформа для строительства наклонных гидрогеологических эксплуатационных скважин на аллювиальный водоносный горизонт:

1 – р. Урал (нижний бьеф); 2- аллювиальный водоносный горизонт пойменной террасы; 3 – аллювиальный водоносный горизонт первой надпойменной террасы; 4 - аллювиальный водоносный горизонт второй надпойменной террасы; 5 - аллювиальный водоносный горизонт третьей надпойменной террасы; 6 – подстилающие породы; 7 – платформа для строительства куста наклонных гидрогеологических эксплуатационных скважин на аллювиальный водоносный горизонт; 8 – буронабивные сваи платформы; 9 - наклонные гидрогеологические эксплуатационные скважины; 10 – Ириклинское водохранилище (верхний бьеф)

Выполняются водно-балансовые расчеты водопритоков в горные выработки, и фиксируется качество природных и сточных вод.

Технологический контроль на предприятиях осуществляется по всей технологической линии: от добычи и транспортировки руд до обогатительной фабрики. Регистрируются кор­розия оборудования, расходы сточных, технических и питьевых вод, давле­ние в трубопроводах и аппаратах, уровни в накопи­телях и объемы газопылевых выбросов.

Санитарно-геохимический контроль приурочен к санитарно-защитной зоне (СЗЗ) вокруг предприятия. Ширина первого пояса СЗЗ составляет от 50 до 500 м с отводом земель и строгой регламентацией природопользования. Второй пояс приурочен к площадям наиболее вероятного влияния предприятий на водохозяйственные объекты. Третий пояс приурочен к водосбору бассейна, сток которого формируется и в районе предприятий.

Геофизический контроль позволяет ус­тановить особенности геологических процессов, дать оценку состояния ГС и определить техническое состояние производственных объектов, водозаборов, наблюдательных скважин и водоводов. Геофизическими методами выявляются также зоны перетоков поверхностных и подземных вод и зоны взаимодействия отвалов, карьеров и других объектов горнорудных предприятий с природным комплексом.



Pages:     | 1 || 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.