Оценка техногенного воздействия накопителей промышленных стоков металлургических предприятий Среднего Урала на подземные воды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат геолого-минералогических наук Копенкина, Ольга Алексеевна

• Копенкина, Ольга Алексеевна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Копенкина, Ольга Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. АНАЛИЗ РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНОВ РАЗМЕЩЕНИЯ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ СРЕДНЕГО УРАЛА.

2.1. Физико-географический очерк.

2.2. Основные черты геологии.

2.3. Гидрогеологические условия.

2.4. Инженерно-геологические условия.

Выводы.

3. НАКОПИТЕЛИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ, КАК ИСТОЧНИКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОДЗЕМНУЮ ГИДРОСФЕРУ.

3.1. Характеристика накопителей промышленных стоков различных отраслей промышленности.

3.2. Общая характеристика изучаемых накопителей.

3.3. Оценка воздействия накопителей на изменение гидродинамических условий.

3.4. Оценка воздействия накопителей на изменение гидрохимических условий.

3.5. Прогноз качества подземных вод в зонах влияния накопителей. 66 Выводы.

4. ВЛИЯНИЕ ПОДЗЕМНОГО СТОКА РАЙОНА НАКОПИТЕЛЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД.

4.1. Методы определения фильтрационных потерь.

4.2. Гидрогеологическая схематизация районов работ.

4.3. Типизация условий загрязнения.

4.4. Определение величины фильтрационных потерь.

4.4.1. Определение величины фильтрационных потерь по уравнению солевого баланса.

4.4.2. Определение величины фильтрационных потерь гидродинамическим методом.

4.4.3. Определение величины фильтрационных потерь опытно-эксплуатационным методом.

4.4.4. Определение величины фильтрационных потерь при помощи математического моделирования в программе МоёТесЬ.

4.4.4.1. Постановка задачи математического моделирования.

4.4.4.2. Моделирование гидрогеологических процессов.

4.5. Оценка влияния подземного стока на поверхностные воды.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка техногенного воздействия накопителей промышленных стоков металлургических предприятий Среднего Урала на подземные воды»

Актуальность работы. Одной из основных причин неблагополучного состояния окружающей среды на Среднем Урале в настоящее время является большая масса отходов горного и металлургического производств, накопленных здесь за длительный период. Наибольшую опасность для загрязнения природной среды представляют накопители поверхностного типа, к числу которых относятся шламохранилища.

Большинство накопителей построены без противофильтрационных экранов, сточные воды содержат многие макро- и микрокомпоненты в количествах значительно превышающих допустимые, что делает их потенциально опасными источниками загрязнения подземных и поверхностных вод.

Накопители имеют различные размеры и объемы. И если крупные накопители достаточно хорошо изучены, то более мелкие (количество которых существенно преобладает) функционируют часто без анализа возможных воздействий на окружающую среду и прогнозных оценок влияния накопителя на перспективу.

Подобный прогноз чрезвычайно важен для условий Свердловской области, где техногенные образования находятся, главным образом, в пределах горно-складчатого Урала, характеризующегося развитием слабо- защищенного грунтового горизонта подземных вод зоны региональной трещиноватости палеозойских пород. При недостаточной мощности и неблагоприятной литологии покровных отложений сточные загрязненные воды оказывают отрицательное воздействие, в первую очередь, на него. Это, в свою очередь, может вызвать тотальное загрязнение подземных вод территории.

Для достоверного прогнозирования качества подземных и поверхностных вод и разработки защитных мероприятий, снижающих опасность их загрязнения в районах действующих шламохранилищ, необходимо детальное изучение существующей ситуации на основе комплексной оценки природных и техногенных условий, сложившихся в период длительной эксплуатации шламохранилищ.

Цель исследований - определение и оценка масштабов воздействия малых накопителей сточных вод предприятий черной металлургии на подземные и поверхностные воды.

Идея работы заключается в том, что небольшие накопители сточных вод предприятий черной металлургии расположены в пределах Среднего Урала в сходных условиях, что позволяет создать типовую геофильтрационную модель функционирования подобного накопителя.

Задачи исследований определяются их целевым назначением и включают:

1. Определение степени нарушенности гидродинамического и гидрохимического режимов территорий, прилегающих к накопителям сточных вод.

2. Оценка величины фильтрационных потерь из накопителей сточных вод.

3. Оценка влияния подземного стока территорий накопителей сточных вод на поверхностные воды.

4. Разработка геофильтрационной модели накопителя сточных вод.

Научная новизна работы:

- на примере накопителей сточных вод предприятий черной металлургии показано, что на прилегающих территориях, формируется особый гидродинамический и гидрохимический режим;

- изучены объемы и состав загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты от накопителей сточных вод предприятий черной металлургии;

- разработана геофильтрационная модель действующего накопителя сточных вод.

Практическая значимость работы заключается в том, что в результате выполненных исследований определены состав, параметры и характеристики техногенного загрязнения территорий, прилегающих к накопителям сточных вод предприятий черной металлургии. Эти данные в дальнейшем можно использовать для оценки экономического ущерба окружающей среде и принятия управленческих решений.

Исходный материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положены материалы, собранные автором в период обучения в очной аспирантуре Уральского государственного горного университета в 2003 - 2006 годах и работы в ОХНИР Уральской государственной горно-геологической академии в 2001-2002 гг. В настоящей работе использованы материалы кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УТТУ, СОО ОО МАНЭБ, фондовые и производственные материалы по накопителям Ревдинского метизно-металлургического завода (РММЗ) и Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК). Исследования проведены с использованием современных методов сбора, обобщения и анализа материалов, моделирования на основе компьютерных технологий.

На защиту выносятся следующие научные положения.

1. Состав загрязняющих веществ на территориях, прилегающих к накопителям сточных вод предприятий черной металлургии, определяется составом отходов, складируемых в накопитель, и в первую очередь составом жидкой фазы.

2. Условия формирования загрязнения подземных и поверхностных вод определяются природными (ландшафтные условия, наличие в разрезе пород зоны аэрации слабопроницаемых отложений; глубина залегания подземных вод; литология и фильтрационные свойства пород, перекрывающих водоносный горизонт) и техногенными (условия складирования, количество жидких отходов, состав фильтрата, наличие противофильтрационного экрана) факторами.

3. Накопители сточных вод предприятий черной металлургии Свердловской области близки по своим характеристикам, что позволяет создать их геофильтрационную модель, которую можно использовать на других объектах Среднего Урала, находящихся в схожих условиях.

Личный вклад автора. Лично автором или при его непосредственном участии были выполнены:

• постановка задач исследований;

• анализ опубликованных и фондовых источников по природным условиям Среднего Урала;

• исследование последствий эксплуатации накопителей металлургических заводов на Среднем Урале, включая непосредственное участие в полевых и камеральных работах по оценке геоэкологической обстановки в районах размещения накопителей;

• разработка геофильтрационной модели функционирования накопителя.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, д-ру геол.-минерал. наук, заведующему кафедрой гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии О.Н. Грязнову за постоянное внимание и помощь на всех этапах написания работы, д-ру геол.-минерал. наук А.И. Семячкову за помощь, оказанную при сборе материалов, доценту, канд. геол.-минерал. наук Л.П. Парфеновой за помощь при сборе, обработке материалов и подготовке диссертации.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Копенкина, Ольга Алексеевна

Выводы

Таким образом, можно отметить, что природные условия изучаемых накопителей являются схожими. Накопители расположены достаточно близко от рек, подземные воды в виду особенностей строения зоны аэрации являются недостаточно защищенными от загрязнения с поверхности.

В геологическом отношении территории сложены палеозойскими породами, перекрытыми мезозойскими корами выветривания. Глубина распространения площадной коры выветривания очень неравномерна.

Среди четвертичных отложений выделяют делювиальные и аллювиальные образования. Делювиальные образования развиты практически сплошным покровом, прерывающимся лишь в речных долинах и скалистых водоразделах. Цитологически они представлены преимущественно суглинками, песчанистыми глинами со щебнем коренных пород и дресвяными образованиями. Мощность этих отложений зависит от рельефа местности и состава коренных пород и составляет в среднем 3-5 м, иногда до 15-20 м.

Аллювиальные образования выполняют речные долины. Представлены они суглинками, вязкими бурыми глинами, глинистым песком с линзами мелкозернистого песка. Мощность отложений колеблется от 1,0 до 12 м.

В гидрогеологическом отношении территории относятся к Болыпеуральскому сложному мегабассейну корово-блоковых (пластово-блоковых и пластовых) вод с повсеместным распространением безнапорных или обладающих местным напором подземных вод. По своим водно-физическим свойствам водовмещающие породы образуют двухслойную водоносную систему.

Зеркало грунтовых вод в сглаженном виде повторяет рельеф. Статические уровни располагаются на глубинах от первых метров в долинах рек до 10-15 м на приводораздельных участках.

Разгрузка подземных вод осуществляется в местную речную сеть.

Подземные воды в естественных условиях характеризуются гидрокарбонатным кальциево-магниевым составом с минерализацией 0,1-0,3 г/дм .

ГЛАВА 3. НАКОПИТЕЛИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ КАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Копенкина, Ольга Алексеевна, 2008 год

1. Характеристика накопителей промышленных стоков различных отраслей промышленности

2. Накопитель балочно-овражного типа создают путем перегораживания оврага в низовой его части плотиной и сооружения в других местах по периметру сплошных или прерывистых дамб.

3. Накопитель косогорного типа устраивают на склонах водораздела путем ограждения участка территории дамбами с трех сторон.

4. Накопитель равнинного типа устраивают ограждением участка равнины дамбами. В ряде случаев целесообразно строительство накопителя равнинного типа очередями путем сооружения дамб вокруг участков, примыкающих к ранее построенному накопителю.

5. Пойменный накопитель устраивают путем ограждения дамбами части поймы реки. При наличии высокой террасы ограждающие дамбы строят с трех сторон.

6. Котлованный накопитель располагают в котлованах старых карьеров или резервов. При этом возможно складирование отходов без возведения дамбы.