Введение к работе
Актуальность работы. Одной из основных причин неблагополучного состояния охружающей на Среднем Урале в настоящее время является огромная аасса отходов, накопленных здесь более чем за двухвековой период. Основная масса отходов связана с горнодобывающим и металлургическим производством. Они отличаются не только значительными объемами, но и высоким уровнем токсичности. Наибольшую опасность для загрязнения природной среды представляют накопители поверхностного типа, к числу которых относятся шланохранилищ а. На Среднем Урале насчитывается более двух десятков действующих шламохраннлшц, занимающих площади до нескольких тысяч гектар и имеющих емкость до десятков миллионов кубических метров. Сроки их эксплуатации превышают проектные и составляют в среднем 15-20 лет н более. Специфичность шланохранилищ как источников загрязнения всех природных сред состоит также в том, что они построены без учета каких-либо протнвофильтрационпых мероприятий. Эти обстоятельства наряду с предельно высохнми содержаниями в жидких стоках таких ингредиентов, как железо, медь, цинк, мышьяк и т.д., требуют детального изучения влияния шланохранилищ на качество подземных и поверхностных вод. Природные и техногенные условия, сложившиеся на территориях, прилегающих к шламохра-ннлншан, позволяют рассматривать последние в качестве источников загрязнения подземных вод.
Необходимость детального изучения существующей ситуации, достоверного прогнозирования качества подземных вод, разработки защитных мероприятий, снижающих опасность их загрязнения в районах действующих шланохранилищ, определяет актуальность выполненных исследований. В качестве эталонных объектами изучения явились крупнейшие на Среднем Урале Малосернистое шламохранилище Среднеуральского медеплавильпого завода и Сорьинское шламохранилище Красноуральсхого медепл авнльного комбината
Цель работы - прогноз качества подземных вод в зонах влияния шланохранилищ медеплавильных комбинатов Среднего Урала на основе комплексной методики оценки природных и техногенных условий, сложившихся в период длительной эксплуат ации шламохраянлищ.
Задачи исследований:
установление основных закономерностей формирования природных и техногенных условий, сложившихся в период длительной эксплуатации как в самой шламохраннлаще, так и на прилегающей к нему те ррнторин;
обоснование основных принципов гидродинамической и гндро-геохимическон схематизации территории, прилегающей к шламохранн-лищу в связи с прогнозированием процессов загрязнения подземных вод
- разработка обобщенной модели шлам о хранилищ а как
источника загрязнения подзеыных вод особого вида;
выбор оптимальных методов прогнозирования качества подземных вод в связи с их охраной от загрязнения шламохрад илнщами;
решение прогнозных задач с использованием данных опытно-эксплуатационных наблюдений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые обоснованы закономерности формирования природных и техногенных условий, сложившихся в результате длительного срока эксплуатации Малосерннстого и Сорьивского шламохраннлшц;
разработаны качественные н количественные параметры физико-химического взаимодействия жидках и твердых фаз шламов, накопленных в чаше шламохраналища;
обоснована возможность использования метода аналогий для прогноза качества подземных вод в связи с их охраной от загрязнения шламохраналнгцаын.
Основные защищаемые положения:
-
По совокупности специфических природно-технических характеристик шламохранилища выделяются в особый вид источников загрязнения подземных вод.
-
Приоритетными загрязнителями подземных вод на территориях, прилегающих к шламохраннлищам, являются халькофнльные элеиенты и железо, вовлеченные в техногенную миграцию в процессе обогащения сульфидных руд, металлургического производства меди и длител ьного хранения шламов; они образуют наибольшие ореолы
»
рассеяния относительно границ источников Загрязнения
3. Прогноз влияния шламохранилищ на качество подземных вод в связи с нх охраной от загрязнения обеспечивается последовательным использованием методов статистической обработки данных локального мониторинга, гидрогеологических аналогий и математического моделирования.
Практическое применение роботи заключается в том, что предложенная методика качества подземных вод позволяет оценить уровень экологической опасности как действующих шламохранилищ, рекультивируемых ,тах и проектируемых вновь.
Апробация работы.. Основные положения диссертации докладывались на 1 Всесоюзном съезде гидрогеологов, инженеров-геологов и геокриологов в г.Киеве (1988), на конференциях молодых ученых ВСЕГИНГЕО в п.Зеленом (1988, 1989 гг.), на региональных и территориальных научно-технических конференциях в Челябинске, Свердловске (1988-11989), на научной и учебно-методической конференции в Алма-Ате (1992), на научных чтениях 1У Всеуральского совещания по подземным водам Урала в г.Перми (1994), на научно-практической конференции в ТГУ (1995), на Всероссийском совещании "Гидрогеология, инженерная геология и геоэкология МПИ" в Екатеринбурге (1994), на совещаниях 1, П, Ш Международных выставок-семинаров "Чистая вода Урала" (1994,1995,1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей и тезисов докладов в центральных, приравненных к ним и региональных изданиях.
Исходные материалы. Фактическим материалом для обоснования научных положений и выводов послужили собственные полевые и камеральные исследования автора, выполненные в 1985-1995 годах. Полевые работы включали в себя проведение опытно-фильтрационных и режимных исследований в наблюдательных скважинах Малосернистого и Сорьннского шламохранилищ. Всего проведено 53 экспресс-налива в скважины, более 30 опытных откачек, опробование в скважинах, гидрометрические работы на поверхностных водотоках, гидрогеологическое обследование дамб обвалования, отобрано более 50 проб почво-грунтов, жидких и твердых шламов, выполнены анализы более 170 проб подземных и поверхностных вод. Кроме того, в процессе работы над диссертацией использовались фондовые материалы Уральского комитета по геологии и использованию недр, Уральского
водоканалпроекта, технические архивы АО "Святогор" н АО "Среднеуральский медеплавильный завод", многочисленные литературные источники.
Методика исследований.
Оценка современного уровня загрязнения подземных вод и сопряженных с ними сред (поверхностных вод, почво-грунтов, жидких и твердых шламов) производилась на основе интерпретации результатов аналитических исследований. Макрокомпонентный состав подземных и поверхностных, сточных вод определялся в химической лаборатории научно-исследовательского центра геологического факультета УГГГА (аналитик Н.В.Пенкина). Там же выполнены количественные анализы микрокомпонентного и минералогического состава твердых шламов и почво-грунтов (аналитик Н.Г.Сапожникова). Здесь и в Институте электрохимии УрО РАН нетодон плазменной спектрометрии определялся микрокомпонентный состав подземных вод (аналитик - канд.хим.наук Н.И.Москаленко). Для статистической обработки данных режимных наблюдений использовалась программа "Statgraf" для построения карт методом изолиний программа "Surfer" для ПЭВМ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на М страницах машинописного текста, содержит -iS рисунков, // таблиц, список литературы из 111 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю диссертационной работы - профессору, доктору геолого-
минералогических наук|В.М.ГОЛЬДЕЕРГУ.
Автор особо признателен профессору, доктору геолого-минералогическнх наук О.Н.Грязнову за научные консультации, советы и рекомендации при выполнении работы
Глубокую благодарность диссертант выражает доцентам Н.С.Глазыриной, Л.Л.Татарнновон, Л.С.Табаксблату, В.ИНовнкову, А.Л.Фельдману, Н.С.Шебалиной за научные консультации и полезные советы, а также всем сотрудникам кафедры гидрогеологии УГГГА за оказанную помощь и поддержку.