Методология оценки экологического состояния малых рек и их защиты от влияния горного производства (на примере Восточного Забайкалья)

, (4.17)

где g - ускорение свободного падения; V1 - фактическая скорость воды в реке при Q1, м/с; h1 - глубина воды в реке при Q1, м; nр - коэффициент шероховатости; С1 - коэффициент Шези для реки при Q1, м0,5/c; L - длина, на которую удален контрольный створ от места, где происходит слияние вод реки и руслоотводного канала, м;

в) транспортирующая способность канала для условий пропуска расхода Qк1:

, при 2 мм/с 8 мм/с, (4.18)

, при 0,4 мм/с 2 мм/с, (4.19)

где W1 - гидравлическая крупность частиц среднего диаметра (мм/c); V1 - скорость течения воды в канале, м/с; R1 - гидравлический радиус канала, м; iн - уклон дна канала.

г) cравнение допустимой к сбросу концентрации взвешенных веществ в воде канала m1 и транспортирующей способности канала при заданных Qк1 и Qp1. Величина Qк1 назначается таким образом, чтобы этот расход был возможно максимальным, но при этом должно выполняться условие .

После проведения 1-го этапа промывки увеличивается расход воды в руслоотводном канале и осуществляется 2-ой этап с повторением расчетов, указанных ранее. Количество этапов промывки будет зависеть от количества промывных расходов воды, на которые делится расчетный расход Qр.

Проверка метода проводилась на Шарогорохонском месторождении россыпного золота в Забайкальском крае. Отклонение расчетной концентрации взвешенных веществ от полученной в результате химического анализа проб воды не превысило 15%, что находится в пределах точности измерения концентраций лабораторными способами. По этой разработке получен патент на изобретение (Пат. 2334841 Российская Федерация, МПК7 Е02В 3/02 (2006.01).

5. Закономерность изменения гидрохимического режима сточных вод с полигинов и агросистем, заключающаяся в том, что колебания концентраций загрязняяющих веществ зависят от сезонов вегетационного периода, что связано с условиями ведения горного и сельскохозяйственного производств, позволяющая рассчитывать НДС загрязняющих веществ в условиях Восточного Забайкалья. Проводилось комплексное исследование качества сельскохозяйственных сточных вод, их влияния на малые реки Восточного Забайкалья. Вся работа разбита на три этапа по годам исследований: I этап - 1991-1992 гг., II этап - 1993 г., III этап - 1994-1995 гг.

На I этапе были собраны имеющиеся материалы наблюдений других организаций: Читинского филиала Российского государственного института проектирования водного хозяйства, Восточно-Сибирского государственного института проектирования водного хозяйства, Читинского филиала Восточно-Сибирского государственного института проектирования земельного устройства, Читинской гидрогеологомелиоративной партии, Забайкальского УГМС. На основании выполненного анализа исходных данных подобраны объекты исследований, которые являются характерными для Забайкальского края: Верх-Читинская, Улетовская оросительные системы и Малангинская оросительно-осушительная система. На I этапе выполнена экологическая карта-схема бассейна р. Читы.

На II и III этапах были продолжены наблюдения за качеством сбросных вод с агросистем, определялся химический состав воды р. Читы по всей длине водотока; определены величины концентраций загрязняющих веществ различной вероятности превышения, содержащиеся в сбросных водах агросистем, и установлены функциональные зависимости между ними; разработан каталог типовых мероприятий и инженерных средств защиты вод малых рек от загрязнения сбросными водами с мелиорированных и богарных земель в суровых условиях Восточного Забайкалья. В табл. 9 приведен объем выполненных наблюдений по годам исследований.

Таблица 9

Объем выполненных работ по годовым наблюдениям

Определение величин концентраций загрязняющих веществ различной вероятности превышения, содержащихся в сбросных водах с сельскохозяйственных угодий, выполнялось с использованием статистических методов. Для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения вероятностей превышения применялось трехпараметрическое гамма-распределение при любом соотношении Сs/Сv (при Сs>2Сv применялась биномиальная кривая распределения). В табл. 10 и на рис. 6 показаны вероятностные величины концентраций загрязняяющих веществ в сточных водах только с пашни за вегетационный период для Малангинской оросительно-осушительной системы.

Таблица 10

Вероятностные величины концентраций загрязняющих веществ (мг/л)

Такие же расчеты выполнены по сезонам года для мелиорированных и богарных земель Верх-Читинской и Улетовской оросительных систем.

В результате регрессионного анализа данных наблюдений за концентрациями загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах с сельскохозяйственных угодий, получены функциональные зависимости между ними. Адекватность регрессионных моделей наблюденным значениям концентраций загрязняющих веществ оценена по коэффициенту детерминации (R2), теснота корреляционной зависимости полученных статистических выборок - по коэффициенту корреляции (r). Значения коэффициентов превышали 0,7. В табл. 11 приведены результаты регрессионного анализа статистических рядов гидрохимических характеристик сточных вод, поступающих в малые реки с мелиорированных и богарных земель агросистем.

Рис. 6. Эмпирические и аналитические кривые вероятности превышения минерализации в грунтовых водах с пашни Малангинской осушительно-оросительной системы по сезонам года: 1 - осень; 2 - весна; 3 - лето

Таблица 11

Функциональные зависимости гидрохимических характеристик сточных вод с гидромелиоративных систем

На основании обследования инженерных сооружений на мелиорированных и богарных землях в Забайкальском крае разработан каталог типовых мероприятий и инженерных средств защиты малых рек-водоприемников от загрязнения стоками с агросистем. Структура каталога приведена в табл. 12.

Таблица 12

Структура каталога

Исследование условий ведения сельскохозяйственного производства в Восточном Забайкалье позволило установить закономерность изменения гидрохимического режима сточных вод с гидромелиоративных систем, заключающуюся в том, что колебание концентраций загрязняющих веществ зависит от сезонов вегетационного периода. Полученные результаты используются для разработки НДС загрязняющих веществ в условиях Восточного Забайкалья.

6. Методология оценки экологического состояния малых рек и их защиты от загрязнения сточными водами горного и сельскохозяйственного производств, базирующаяся на методах, закономерностях, классификациях, учитывающих региональные особенности гидрологического режима водотоков и производственные процессы горнодобывающих предприятий и агросистем в условиях Восточного Забайкалья. В результате выполненных исследований разработана методология оценки качества воды малых рек и их защиты от загрязнения сточными водами горного производства и агросистем в условиях Восточного Забайкалья, основные элементы которой приведены на рис. 7.

Рис. 7. Основные элементы методологии оценки экологического состояния малыхрек и их защиты от влияния горного производства и агросистем

Методологию можно использовать в других регионах Российской Федерации с резкоконтинентальным климатом и стоком малых рек, внутригодовое распределение которого имеет ярковыраженную фазу межени.

В результате внедрения в производство рекомендованных в работе природоохранных разработок установлен предотвращенный экологический ущерб: ОАО «ЗабайкалцветметНИИпроект» в 15 рабочих проектах (365 тыс.руб х 15 = 5475 тыс. руб/год), ООО «Забайкалзолотопроект» - в 6 рабочих проектах (427 тыс.руб х 6 = 2562 тыс. руб/год). Общая сумма предотвращенного экологического ущерба с учетом всех внедрений составила 9004 тыс. руб/год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой научно-квалификационную работу, в которой дано решение важной народнохозяйственной проблемы - разработка методологии, совершенствование методов оценки экологического состояния водных ресурсов и их защиты от загрязнения сточными водами горного производства, агросистем с учетом региональных особенностей Восточного Забайкалья, что имеет большое социально-экономическое значение, вносит существенный вклад в теорию и практику геоэкологии, цель которой - сохранение для нынешних и будущих поколений людей продуктивной природной среды.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации, полученные при выполнении исследований и внедрении разработок, заключаются в следующем:

1. Установлена закономерность колебаний среднегодового стока малых рек Восточного Забайкалья при изменении климатических условий - температуры воздуха и количества осадков, а следовательно, и условий формирования стока (тесная связь стока водотоков с окружающим ландшафтом; основная доля стока водотоков приходится на дождевое питание; многолетняя мерзлота не позволяет накапливать грунтовые воды, являясь естественным водоупорным подстилающим слоем, по которому происходит сток подземных вод в реки). В многоводные годы сток в 5 раз превышает сток маловодных лет. Анализ цикличности стока рек показал, что маловодный период для Восточного Забайкалья длится в среднем 17,8 лет, многоводный - 16 лет и маловодный - 15 лет.

2. Проведен анализ и научно обосновано, что гидрологическая цикличность многолетнего стока малых рек, основная доля которого приходится на дождевое питание, приводит к необходимости рассчитывать нормативы допустимых сбросов взвешенных веществ, поступающих в контрольный створ водного объекта со сточными водами россыпных месторождений золота в условиях Восточного Забайкалья, отдельно по каждому многолетнему циклу (многоводному, среднему по водности и маловодному перидам), так как горнодобывающие предприятия осуществляют сброс производстенных сточных вод в водотоки как внутри циклов, так и в период, превышающий время прохождения одного или нескольких циклов.

3. Научно обосновано, что при расчете лимитов сбросов загрязняющих веществ в малые реки, в бассейнах которых ведется отработка россыпных месторождений золота, необходимо учитывать внутрисезонное распределение речного стока (изменение речного стока по фазам) в условиях Восточного Забайкалья. Летняя межень, как самый маловодный период времени открытого русла, является лимитирующим (ограничивающим) при расчете нормативов допустимых сбросов (НДС) загрязняющих веществ, так как именно в этот период определена наибольшая вероятность загрязнения воды водотока при смешении со сточными водами. Разработана методика определения расчетного расхода воды в реке, необходимого для назначения НДС загрязняющих веществ, учитывающая изменение речного стока по фазам в условиях Восточного Забайкалья, и по ней проведен расчет лимитов сбросов загрязняющих веществ более чем в 20 рабочих проектах отработки россыпных меторождений золота.

4. Научно доказано, что существующая в настоящее время методика определения условий сброса сточных вод на основе минимальных среднемесячных расходов воды реки 95%-ной вероятности превышения не учитывает реального распределения стока малых рек внутри года в Восточном Забайкалье. Расчетный расход воды в водотоке, определенный по существующей методике, не соответствует действительным значениям расхода в период межени, так как среднемесячные расходы являются осредненными и сглаживают гидрограф речного стока. Доказано, что расчетный расход воды для разных рек, определенный по существующей методике, превышает реальный расход до 40%.

5. Создан метод расчета лимитов сбросов взвешенных веществ в водные объекты горнодобывающими предприятиями, учитывающий гидрологическую цикличность многолетнего стока малых рек и фазность внутригодового распределения их стока в условиях Восточного Забайкалья, который можно использовать в других регионах России с резкоконтинентальным климатом.

6. Научно обоснованы основные технологические периоды для расчета нормативной массы сбросов загрязняющих веществ в водотоки при отработке россыпных месторождений золота. Анализом технологического процесса добычи золота открытым способом установлено, что дражный, гидромеханизированный, скреперно-бульдозерный и экскаваторный способы открытой разработки россыпных месторождений золота в Восточном Забайкалье включают в себя подготовительный, добычный (эксплуатационный), рекультивационный и послерекультивационный периоды (этапы) производства работ, для которых необходимо определять степень влияния объекта на экологическое состояние водотоков. Разработаны классификации этапов, видов работ и форм их воздействия на малые реки, каталог типовых инженерных и технических решений для защиты водных объектов от загрязнения сточными водами горного производства.

7. Установлена и научно обоснована закономерность уменьшения минимальных 30-суточных расходов воды в водных объектах, среднегодовых расходов воды, увеличение максимальных расходов воды водотока, в руслах которого ведется отработка россыпных месторождений золота при водооборотном водопользовании, предопределяющая необходимость выполнения воднобалансовых расчетов в системе «месторождение - река» для сохранения санитарного минимального 30-суточного расхода воды 95%-ной вероятности превышения в водном объекте горного и предгорного типов в условиях Восточного Забайкалья. Доказано, что верхние, средние и нижние участки малых рек, на которых велась, ведется или проектируется отработка месторождений золота, расположенных на территории Амурского, Ленского и Байкальского бассейнов Забайкальского края, относятся к горным и предгорным участкам рек.

8. Впервые разработан метод регулирования расходов воды и концентраций взвешенных частиц в руслоотводном канале, позволяющий не только контролировать содержание взвесей в расчетном створе водотока, поступающих со сточными водами при отработке россыпного местородждения золота, но и регулировать его с учетом фактического и прогнозируемого состояний экологического резерва при искусственном изменении русел малых рек Восточного Забайкалья. Разработана методика расчета промывного режима руслоотводного канала с учетом видов водопользования на водотоке.

9. Установлена закономерность изменения гидрохимического режима сточных вод с сельскохозяйственных угодий по сезонам вегетационного периода года, вероятностных величин концентраций загрязняющих веществ в стоках, поступающих с гидромелиоративных систем, учитывающая условия ведения сельскохозяйственного производства в бассейнах малых рек, позволяющая рассчитывать НДС загрязняющих веществ в Восточном Забайкалье. Разработан каталог типовых инженерных и технических решений для защиты водных объектов от загрязнения сточными водами агросистем.

10. Предложенные в работе методы и рекомендации используются для разработки разделов «Оценка воздействия производственной деятельности человека на окружающую природную среду» (ОВОС) и «Охрана окружающей природной среды» в рабочих проектах отработки россыпных месторождений золота, строительства дорог и гидромелиоративных систем ООО «Забайкалзолотопроект», ОАО «ЗабайкалцветметНИИпроект», Государственным унитарным предприятием «Проектно-изыскательский институт на железных дорогах Забайкалья» («Забайкалжелдорпроект»), Федеральным государственным учреждением «Управление мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения по Читинской области», ЗАО «Золото Сибири» в Забайкальском крае.

11. Разработана методология оценки экологического состояния малых рек и их защиты от загрязнения сточными водами горного и сельскохозяйственного производств, базирующаяся на методах, закономерностях, классификациях, учитывающих региональные особенности гидрологического режима водотоков и производственные процессы горнодобывающих предприятий и агросистем в условиях Восточного Забайкалья. Она может быть использована в других регионах РФ с резкоконтинентальным климатом и стоком малых рек, внутригодовое распределение которого имеет ярковыраженную фазу межени.

Список основных публикаций по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования основных результатов докторских диссертаций:

1. Коннов В.И. Оценка влияния отработок месторождений полезных ископаемых на водные объекты при их проектировании // Мелиорация и водное хозяйство. - 1996. - № 5-6. - С. 13 - 14.

2. Коннов В.И. Прогнозирование режима твердого стока в руслоотводных каналах в Забайкалье // Мелиорация и водное хозяйство. - 1999. - № 4. - с. 17.

3. Коннов В.И., Дамбаев Ж.Г. Информационный мониторинг экологий на орошаемых землях в Забайкалье// Вестник БГУ.-Улан-Удэ, 2004.-№ 1. С.80-83.

4. Коннов В.И. Определение расчетного расхода воды в малых реках Восточного Забайкалья для назначения ПДС загрязняющих веществ // Мелиорация и водное хозяйство. - 2006. - № 4. - С. 41 - 43.

5. Коннов В.И. Определение гидрологических характеристик малых рек Восточного Забайкалья при разработке месторождений открытым способом // Экология и промышленность России. - 2007. - С. 30 - 32.

6. Коннов В.И. Особенности и экологические проблемы малых рек Читинской области // Проблемы региональной экологии.- 2007. - № 2. - С. 45 - 50.

7. Коннов В.И. Расчет предельно допустимого сброса вредных веществ при разработке открытых месторождений золота в условиях Восточного Забайкалья // Горный информационно-аналитический бюллетень «Забайкалье». - 2007. - № ОВ4. - С. 62 - 69.

8. Коннов В.И. Исследование основных региональных экологических проблем малых рек Читинской области // Горный информационно-аналитический бюллетень «Забайкалье». - 2007. - № ОВ4. - С. 51 - 61.

9. Коннов В.И. Исследование влияния этапов работ на малые реки при добыче полезных ископаемых в Восточном Забайкалье // Горный информационно-аналитический бюллетень «Забайкалье». - 2007. - № ОВ4. - С. 42 - 50.

10. Коннов В.И., Жуйкова Е.А. Проблемы охраны труда и соблюдение экологических требований при выполнении строительных работ в руслах малых рек Восточного Забайкалья // Безопасность труда в промышленности. - 2007. - № 7. - С. 27 - 30.

11. Коннов В.И. Влияние урбанизированных территорий на качество воды малых рек в Читинской области // Экология урбанизированных территорий. - 2007. - № 9. - С. 46 - 50.

12. Коннов В.И. Качество воды в реках - водоприемниках стока с мелиоративных систем в Читинской области // Мелиорация и водное хозяйство. - 2007. - № 3. - С. 30 - 32.

13. Коннов В.И. Проблемы обеспечения экологической безопасности на транспорте в условиях Восточного Забайкалья // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Перспективы и направления развития транспортной системы. - 2007. - СВ. - С. 103 - 107.

14. Коннов В.И. Гидрохимические характеристики р. Читы // Водные ресурсы. - 2008. - № 3. - С. 41 - 46.

15. Коннов В.И. Оценка влияния сельскохозяйственных земель на качество воды малых рек в Читинской области // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2008. - № 1. - С. 12 - 15.

16. Коннов В.И. Исследование основных факторов, влияющих на качество воды малых рек при добыче золота открытым способом в Читинской области // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2008. - № 2. - С. 130 - 134.

17. Коннов В.И. Методика расчета режима выноса взвешенных веществ по руслоотводным каналам при переносе русел рек от месторождений россыпного золота в условиях Восточного Забайкалья // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 8. - С. 42 - 50.

18. Коннов В.И. Мероприятия, способы и методы защиты малых рек от загрязнения сточными водами при отработке россыпных месторождений золота открытым способом в условиях Восточного Забайкалья // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 8. - С. 57 - 63.

Монографии:

19. Вотах О.А. [и др.]. Окружающая среда и условия устойчивого развития Читинской области. - Новосибирск: Наука, 1995. - 248 с. (Глава 2).

20. Заслоновский В.Н. [и др.]. Водные ресурсы Читинской области: состояние, проблемы, пути решения.-Чита: ЧитГТУ, 1998.-111 с. (Главы 3.1, 5.9).

21. Коннов В.И. Экологическая оценка и мероприятия по защите от загрязнения малых рек Восточного Забайкалья. - Чита: ЧитГУ, 2006. - 126 с.

22. Коннов В.И. Влияние деятельности человека на малые реки Восточного Забайкалья. - Чита: ЗабГГПУ, 2006. - 115 с.

Патент:

23. Пат. 2334841 Российская Федерация, МПК7 Е02В 3/02 (2006.01). Способ регулирования расходов воды и концентраций взвешенных частиц в руслоотводном канале / Каргопольцев С.К., Коннов В.И.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщния (ИрГУПС) (RU). - № 2006126301/03(028539); заявл. 19.07.06; опубл. 27.09.08, Бюл. № 27. - 10 с.

Статьи в рецензируемых журналах:

24. Коннов В.И. Анализ особенностей внутригодового стока малых рек Восточного Забайкалья // Региональная экология. -2006.-№ 1-2(26). -С. 44 - 46.

25. Коннов В.И. Влияние гидрологического режима малых рек Восточного Забайкалья на качество их воды // Естественные и технические науки. - М., 2006. - № 4(24). - С. 124-128.

26. Коннов В.И. Влияние горнодобывающей промышленности на гидрологический режим малых рек Восточного Забайкалья // Естественные и технические науки. - 2006. - № 4(24). - С. 129 - 132.

27. Коннов В.И. Этапы и виды воздействия на малые реки при добыче золота в Восточном Забайкалье // Техника и технология. - 2006. - № 5(17). - С. 119 - 122.

28. Коннов В.И. Экологические проблемы малых рек Восточного Забайкалья // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2006. - № 4(12). - С. 175 - 179.

29. Коннов В.И. Особенности формирования и динамика гидрогеохимических характеристик малых рек Восточного Забайкалья // Экология человека. - 2007. - № 9. - С. 7 - 11.

30. Коннов В.И. Оценка экологического состояния водных ресурсов Читинской области // Использование и охрана природных ресурсов. - 2007. - № 3(12). - С. 56 - 61.

31. Коннов В.И. Малые реки Восточного Забайкалья. Оценка экологического состояния // Экология и жизнь.-2007. - № 1(62). - С. 48-51.

Прочие статьи, доклады, тезисы:

32. Коннов В.И. Изменение режима и величины стока малых рек в результате отработки месторождений россыпного золота в их поймах // Экосистемный подход к управлению водными ресурсами в бассейне рек: Матер. V Всероссийской научн.-практ. конф. - Екатеринбург, 1994. - С. 89 - 90.

33. Коннов В.И., Косарев С.Г. Влияние отработки месторождений и вырубок леса на сток малых рек Забайкалья // Управление устойчивым водопользованием: Матер. Всероссийской научн.-практ. конф. - Москва-Екатеринбург, 1997. - С. 65 - 66.

34. Коннов В.И. Экологические проблемы при проектировании, строительстве и эксплуатации пути, сооружений и устройств в Забайкалье // Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков: Труды Всероссийской научн.-практ. конф. - Хабаровск, 2000. - С. 96 - 100.

35. Коннов В.И. Определение меженных периодов при смешении сточных и речных вод в условиях Забайкалья // Экономика, экология и общество России в 21-м столетии: Сб. статей IV международной научн.-практ. конф. - СПб, 2002. - С. 244 - 250.

36. Коннов В.И. Влияние строительства пути, объектов, предприятий и сооружений железнодорожного транспорта на окружающую среду в Забайкалье // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: Сб. статей международной научн.-практ. конф. - Новосибирск, 2004. - С. 92 - 95.

37. Коннов В.И. Состояние водных объектов в границах городов Восточного Забайкалья // Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнологии и геоэкология, литосфера и геотехника: Сб. статей V межд. науч.-прак. конф. - Пенза, 2006. - С. 128 - 133.

38. Коннов В.И. Технологические этапы разработки россыпей, влияющие на состояние водотоков при добыче полезных ископаемых в Восточном Забайкалье // Развитие транспортной инфраструктуры - основа роста экономики Забайкальского края: материалы международной научно-практической конференции, г. Чита, 1-4 октября 2008 г. - Т. 2. - Чита: ЗабИЖТ, 2008. - С. 30 - 35.

Подписано в печать 25.11.2008. Формат 60х90/16

Объем 2 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № .

Отдел печати Московского Государственного горного университета

Москва, Ленинский проспект, 6.

Размещено на Allbest.ru