Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. Анализ ранее проведённых работ 10
ГЛАВА 2. Характеристика природных условий размещения золошлакоотвалов \ '. 21
2.1. Краткий физико-географический очерк 21
2.2. Основные черты геологического строения Среднего Урала 27
2.3. Гидрогеологические условия Свердловской области 35
2.4. Инженерно-геологические условия Урала 42
ВЫВОДЫ 50
ГЛАВА 3. Золы и шлаки ТЭС Среднего Урала как источники техногенного воздействия на окружающую природную среду 51
3.1. Золошлаковые образования ТЭС - источники химического загрязнения природных вод 51
3.2. Инженерно-геологические свойства зол и шлаков ТЭС как показателю геоэкологической устойчивости золошлакоотвалов 59
ВЫВОДЫ 68
ГЛАВА 4;. Воздействие золошлакоотвалов на окружающую природную среду 70
4.1. Основные технические характеристики золошлакоотвалов ТЭС Урала 70
4.1.1. Ограждающие дамбы золошлакоотвалов ТЭС 73
4.1.2. Противофильтрационные экраны 74
4.1.3. Дренаж золошлакоотвалов ТЭС 75
4.1.4. ' Системы пылеподавления на золошлакоотвалах 77
4.2. Характеристика типовых золошлакоотвалов ТЭС Свердловской области по природным условиям их размещения 81
4.2. Изменение гидродинамического режима '. 114
4.3. Изменение гидрохимического режима 123
4.3.1. Поверхностные воды 124
4.3.2. Подземные воды 133
4.4. Пыление золошлакоотвалов ТЭС 141
ВЫВОДЫ ' 149
ГЛАВА 5. Геоэкологические критерии оптимального размещения золошлакоотвалов ТЭС в природных условиях Среднего Урала 152
5.1. Факторы, определяющие опасность размещения золошлакоотвалов ТЭС 152
5.1.1. Природные факторы 154
5.1.2. Техногенные факторы 162
5.2. Геоэкологические критерии оптимального размещения золошлакоотвалов 166
5.2.1. Геоэкологические критерии оценки состояния поверхностных вод 170
5.2.2. Геоэкологические критерии оценки состояния подземных вод 171
ВЫВОДЫ 177
Заключение 179
Список использованных источников 182
- Гидрогеологические условия Свердловской области
- Инженерно-геологические свойства зол и шлаков ТЭС как показателю геоэкологической устойчивости золошлакоотвалов
- Характеристика типовых золошлакоотвалов ТЭС Свердловской области по природным условиям их размещения
- Геоэкологические критерии оптимального размещения золошлакоотвалов
Введение к работе
Актуальность работы. Многие страны мира, в том числе и Российская Федерация, для получения электрической энергии используют тепловые электростанции (ТЭС), топливом на которых являются каменные и бурые угли.
На территории Свердловской области, занимающей значительную часть Среднего Урала, эксплуатируется более десятка ТЭС, некоторые из них, такие как Рефтинская ГРЭС, являются крупнейшими в стране.,
Топливом на ТЭС Среднего Урала является низкосортный каменный уголь экибастузского бассейна, зольность (содержание минеральных примесей) которого достигает 40 - 43 %. Технологией предусматривается сжигание угля в пылевидном состоянии и последующее удаление отходов производства — золы и шлаков — посредством гидротранспорта в накопители - золошлакооотвалы (ЗШО).
Утилизация отходов ТЭС - одна из актуальных проблем современности. В настоящее время в целом по стране утилизируется не более 5 - 10 % золошлакового материала в различных отраслях строительства и промышленности. Оставшееся количество хранится в ЗШО без использования. При этом накопление золошлаков не прекращается, а с учётом возрастающих потребностей в электроэнергии и недостаточных темпов развития других источников её производства, можно предположить увеличение количества складируемых золошлаковых отходов.
Известно, что даже при нормальной эксплуатации ЗШО имеют место проявления неблагоприятных геоэкологических процессов и явлений, нарушающих экологическое равновесие в районах их размещения. Известны случаи развития аварийных ситуаций на ЗШО ТЭС, проявление которых наиболее контрастно отражается на экологической обстановке района.
В условиях Среднего Урала при штатных и аварийных ситуациях наиболее уязвимы почвы, грунты и природные воды районов размещения ЗШО
ТЭС. В целом строительство и эксплуатация ЗШО наносит серьёзный экологический ущерб.
Прогнозирование характера и степени воздействия ЗШО ТЭС на окружающую среду затруднено в связи с недостаточной изученностью самих золошлаковых отходов, как источника аэрогенного и гидрогенного загрязнения её компонентов, и условий техногенной трансформации среды.
Цель исследований — изучение взаимодействия ЗШО ТЭС и окружающей среды, последствий их эксплуатации в природных условиях Среднего Урала и разработка критериев оценки геоэкологической опасности размещения проектируемых ЗШО.
Идея работы заключается в том, что накопители золошлаковых отходов, расположенные в различных физико-географических, зонально-климатических и геолого-гидрогеологических условиях, воздействуют на окружающую природную среду с одинаковым характером, но с различной интенсивностью, обусловленной комплексом природных и техногенных факторов, определяемых условиями площадки размещения ЗШО и его техническими параметрами.
Задачи исследований определяются их целевым назначением и включают:
Анализ природных условий Среднего Урала — характеристика орографических, климатических, гидрологических и геолого-гидрогеологических условий..
Обобщение материалов по составу и свойствам золошлаковых отходов как источника загрязнения окружающей природной среды.
Исследование последствий эксплуатации ЗШО ТЭС на Среднем Урале с оценкой состояния почв, грунтов и природных вод в районах их размещения.
Разработка критериев прогнозной оценки геоэкологической опасности размещения ЗШО ТЭС.
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 - 2005 годах и работы в ОАО «Уральская
гидрогеологическая экспедиция» в 2000 - 2002, 2006 - 2008 годах.
Теоретической и методологической основой работы является комплексный
подход к изучению и оценке состояния окружающей природной среды,
* базирующийся на полувековом опыте эксплуатации ЗШО ТЭС Среднего Урала,
отражённом в производственных отчётах, материалах инженерно-
геологических изысканий, материалах ОВОС, представляемых на
государственную экологическую экспертизу, в опубликованных работах,
затрагивающих различные аспекты исследований на действующих и
рекультивированных ЗШО, а также в разделах ОВОС по оценке воздействия
ЗШО ТЭС на поверхностную и подземную гидросферу, разработанных при
личном участии автора. s
Исследования проведены с использованием современных методов сбора, обобщения и анализа материалов, моделирования на основе компьютерных технологий.
Научная новизна работы заключается в том, что реализация задач исследований позволила:
обобщить и систематизировать данные об эколого-геологических последствиях эксплуатации ЗШО ТЭС в условиях Среднего Урала;
выявить характер и степень воздействия ЗШО ТЭС на почвы, грунты и природные воды в районах их размещения;
доказать зависимость состояния окружающей природной среды в районах размещения ЗШО ТЭС от природных условий площадки и технических параметров накопителя;
разработать частную классификацию природных и техногенных факторов, определяющих геоэкологическую опасность размещения ЗШО ТЭС в природных условиях Среднего Урала. На-защиту выносятся следующие научные положения.
Химический состав и физические свойства зол и- шлаков тепловых электростанций Среднего Урала обусловливают характер и интенсивность геоэкологического воздействия золошлакоотвалов на компоненты окружающей среды.
Природные условия Среднего Урала, технические характеристики золошлакоотвалов тепловых электростанций определяют трансформацию гидродинамического и гидрохимического режима поверхностных и подземных вод и пылевое загрязнение прилегающих территорий.
Совокупность природных и техногенных факторов, в их численном выражении отражающих геоэкологические характеристики золошлакоотвалов тепловых электростанций, позволяют ' предложить геоэкологические критерии оценки их оптимального размещения в природных условиях Среднего Урала.
Практическая значимость работы заключается в разработке геоэкологических критериев оценки опасности размещения ЗШО ТЭС в условиях Среднего Урала, позволяющих в комплексе объективно оценить необходимость и достаточность проектных решений на ранних стадиях проектирования при выборе варианта размещения.
Личный вклад автора.
Лично автором или при его непосредственном участии выполнены:
постановка задач исследований;
анализ опубликованных и фондовых источников по природным условиям Среднего Урала;
обобщение материалов по составу и свойствам золошлаковых отходов уральских ТЭС;
исследование последствий эксплуатации ЗШО ТЭС на Среднем Урале, включая непосредственное участие в полевых и камеральных работах по оценке геоэкологической обстановки в районах размещения крупнейших ТЭС, при разработке разделов ОВОС по оценке воздействия ЗШО на поверхностные и подземные воды;
разработка критериев прогнозной оценки геоэкологической опасности размещения ЗШО ТЭС в условиях Среднего Урала.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объёмом корректного фактического материала, использованием полученных автором выводов и рекомендаций при разработке разделов ОВОС на крупнейших в регионе ЗШО ТЭС - Рефтинской, Верхнетагильской и Серовской ГРЭС.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-методической конференции «Тенденции и перспективы развития гидрогеологии, инженерной геологии в условиях рыночной экономики России. XI Толстихинские чтения» (2004 г, Санкт-Петербург), Молодёжной научно-практической конференции «Уральская горнопромышленная декада» (2004, 2005, 2006 г, Екатеринбург), XVIII Всероссийском совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (2006 г, Иркутск), на совещании «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий» (2007 г, Екатеринбург).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ, в т.ч. 1 статья в издании из перечня ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения общим объёмом 196 страниц машинописного текста, содержит 20 таблиц, 29 иллюстраций и список литературы из 131 наименования.
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, докт. геол-мин. наук, заведующему кафедрой гидрогеологии, инженерной
геологии и геоэкологии О.Н. Грязнову, доценту, канд. герл-мин. наук, ведущему гидрогеологу Свердловской гидрогеологической партии ОАО «Уральская гидрогеологическая экспедиция» С.Н. Елохиной за неоценимую помощь на всех этапах подготовки диссертации, начальнику Свердловской гидрогеологической партии Уральской гидрогеологической экспедиции А.А. Арзамасцеву, главному технологу гидротехнических сооружений ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» института УралТЭП В.А. Пайкову, коллегам, сотрудникам Свердловской гидрогеологической партии УГТЭ за помощь, оказанную при оформлении работы.
Гидрогеологические условия Свердловской области
Согласно принятой, в настоящее время схеме гидрогеологического районирования на территории Свердловской области распространены три крупных гидрогеологических структуры! порядка (с запада на восток) [72]: Предуральский сложный бассейн-пластовых (блоково-пластовых). вод (Ш-7), Большеуральский сложный бассейн корово-блоковых (пластово-блоковых и пластовых) безнапорных и напорных вод (XI-2) и-Западно-Сибирский сложный бассейн пластовых вод, представленный на территории области структурой IV порядка - Западно-Тобольским бассейном (I-8A-11) (рис. 6).
На территории Предуралъского бассейна пластовых (блоково пластовых) вод в границах Свердловской области золошлакоотвалы ТЭС отсутствуют. В связи с этим характеристики этого гидрогеологического региона в настоящей работе не приводится. h
Территория горно-складчатой части Среднего Урала в соответствии с современными представлениями принадлежит Болъшеуралъскому сложному бассейну корово-блоковых (пластово-блоковых и пластовых) напорных и безнапорных вод, где расположено наибольшее количество золошлакоотвалов ТЭС. Большеуральский бассейн простирается в субмеридиональном направлении, занимая площадь 64,6 тыс. км" [72, 78].
Основным коллектором подземных вод на горно-складчатом Урале являются трещиноватые породы коренного субстрата. Распространение подземных вод здесь типично для-регионов геосинклинального развития. В процессе длительной геологической истории первоначально нормальные1 осадочные породы неоднократно подвергались интенсивному тектоническому воздействию, смяты в складчатые структуры, претерпели интенсивный метаморфизм. На восточном склоне Урала проявилась активная вулканическая деятельность. Первичные коллекторские свойства пород практически
Участки размещения действующих золошлакоотвалов ТЭС Свердловской области и их номера согласно рис. 1
Рис. 6. Схема гидрогеологического районирования территории Свердловской области (по В.П. Новикову и Б.Н. Герасименко) [72] полностью утрачены. В1 верхних горизонтах земной коры, под воздействием процессов физико-механического и химического выветривания возникла зона региональной трещиноватости с бассейнами коровых (блоково-коровых) вод. Мощность зоны региональной трещиноватости пород составляет в среднем 30 -100 м.
Характерной особенностью горно-складчатого Урала являются его линейные крутопадающие трещинные зоны, связанными с тектоническими нарушениями и контактами разнородных пород, с внедрением интрузивных тел. Водопроводимость линейных зон многократно превышает водопроводимость зоны региональной трещиноватости.
Подземные воды региональной трещиноватости обычно гидравлически взаимосвязаны, имеют безнапорный характер, а по геоморфологическим и структурно-фациальным условиям образуют небольшие бассейны с интенсивным водообменом, что предопределяет развитие ультрапресных и пресных вод. Вертикальная гидрохимическая зональность здесь отсутствует, а по площади она проявляется в соответствии со сменой климатических и ландшафтных условий и, в меньшей степени, литологического состава водовмещающих пород.
В вертикальном разрезе фильтрационные свойства пород зоны выветривания неоднородны. По характеру их изменения зона разделяется на три части. В верхней (10-20 м), где наиболее-активно проявляются процессы физического и химического выветривания, породы представлены глинами или суглинками, заполняющими пустоты (элювиальная кора выветривания). Подобного рода зоны встречаются там, где разрезы сложены глинистыми осадочными или пластичными метаморфическими породами, а также, если кора выветривания претерпела длительный путь геологического развития в условиях ограниченного смыва. Средняя часть эрозионной зоны отличается наиболее активной трещиноватостью. Мощность ее измеряется несколькими десятками метров, а общая пористость колеблется от 1 до 2 - 7 %. В нижней части, где размеры трещин сильно снижаются, водоотдача их практически отсутствует. Мощность этой части разреза измеряется первыми десятками метров.
Нижняя часть фильтрационного разреза консолидированных пород на Урале представляет собой жесткое основание, расчлененное разломами на крупные блоки. Породы здесь практически монолитны и непроницаемы.
В верхней зоне региональной трещиноватости выделение гидрогеологических подразделений основано на формационном принципе. По этому принципу на площади Уральского сложного бассейна регионального стока выделено тринадцать разновидностей водоносных зон трещиноватости различных комплексов пород (карбонатных, карбонатно-терригенных, терригенных, вулканогенных, метаморфических, интрузивных различного состава и пр.).
Среди нормально осадочных пород горноскладчатого Урала выделены следующие гидрогеологические подразделения:
а) на площади карбонатных отложений водоносная зона палеозойских преимущественно карбонатных пород - cPZ и водоносная зона рифейско-палеозойских преимущественно карбонатных пород — cR — PZ.
б) на площади переслаивающихся карбонатных и терригенных пород водоносная зона палеозойских преимущественно терригенных пород - csPZ и водоносная зона рифейско-палеозойских карбонатно-терригенных пород - csR - PZ
в) на площади терригенных образований водоносная зона палеозойских .терригенных пород — sPZ и водоносная зона рифейско-палеозойских пород - sgR - PZ. Первые из них (преимущественный возраст водовмещающих пород девон-карбон) получили распространение в границах Западно-Уральской зоны и Восточно-Уральской области поднятий и сопряжённых прогибов. Вторые (возраст водовмещающих пород — рифей-силур) - в границах Центрально-Уральского поднятия, Тагило-Магнитогорского прогиба и Восточно-Уральской области.
Коллекторами подземных вод палеозойских (девонско-нижнекаменноугольных) зон являются терригенные, карбонатные и терригенно-карбонатные отложения девона и нижнего карбона. Коллекторами рифейско-нижнедевонских зон — соответствующие породы в возрастном диапазоне от рифея до силура, включая нерасчлененные отложения силура -нижнего девона (песчаники, алевролиты, аргиллиты, сланцы глинистые, углисто-кремнисто-глинистые, филлиты и филлитовидные сланцы).
Вулканогенные и метаморфические породы обладают приблизительно одинаковыми коллекторскими свойствами. Слагающие их породы обладают относительно высокими емкостными способностями. Метаморфические породы отличаются от вулканогенных наличием пород с более неоднородными физико-механическими свойствами. Среди них значительное место занимают пластичные породы (глинистые, слюдистые и другие сланцы) с очень низкой водопроводимостью. Благодаря этому фильтрационное поле метаморфических пород расчленяется на серию гидравлически связанных, вытянутых в пространстве блоков шириной от первых десятков метров до первых километров. Таким образом, структура фильтрационного поля метаморфических образований носит мозаичный характер и обусловлена сочетанием проницаемости трещин регионального выветривания и разломов и наличием линейных водонепроницаемых (слабопроницаемых) экранов.
Исходя из отмеченного, на площади распространения вулканогенных формаций выделяются: водоносная зона палеозойских вулканогенных пород - PPZ; на площади распространения метаморфических пород: водоносная зона рифейско-палеозойских метаморфических пород 40 sqR-PZ, водоносная зона рифейско-палеозойских метаморфических кристаллических пород — qR - PZ. Водовмещающими вулканогенными породами являются эффузивные и пирокластические породы, представленные различного состава порфиритами, диабазами, базальтами, риолитами их туфами, туффитами, туфобрекчиями, туфоконгломератами, туфопесчаниками и другими туфогенными породами. Возраст их измеряется диапазоном от рифея до нижнего карбона. Водовмещающими породами метаморфических пород являются кремнистые и глинисто-кремнистые сланцы, зеленые сланцы по осадочным и вулканогенным породам, амфиболиты и т.д. Наиболее древние породы представлены гнейсами и кристаллическими сланцами, которые существенно менее водообильны по- сравнению с более молодыми метаморфическими образованиями.
Инженерно-геологические свойства зол и шлаков ТЭС как показателю геоэкологической устойчивости золошлакоотвалов
Золошлакоотвалы ТЭС - сложные гидротехнические сооружения, в которых накапливается огромное количество твёрдых и жидких отходов, обладающих аномальными характеристиками химического состава. В этих условиях очень важным представляется локализация размещения отходов в границах золошлакоотвала, ограничивающегося дамбами, возводимыми на зольном основании. В настоящее время наращивание золошлакоотвалов за счёт дамб является наиболее приоритетным способом увеличения их ёмкости. В связи с этим необходимо учитывать инженерно-геологические свойства золошлакового материала как основания дамб наращивания и способность перемещения золошлаков при полном или частичном разрушении ограждающих дамб.
Рассмотрим основные инженерно-геологические характеристики золошлаков, складируемых в золошлакоотвалов ТЭС Среднего Урала, по материалам В.В. Максимова [61 - 63].
Гранулометрический состав. В соответствии с номенклатурой золошлакового материала, предложенной В.В. Максимовым, по аналогии с песчаными грунтами (ГОСТ 25100-95), выделяют следующие типы золошлакового материала (табл. 7).
По величине остатка фракций на ситах зола характеризуется как пылеватая (d 0,1 мм менее 75 %), мелкая (d 0,1 мм более 75 %) и средней крупности (d 0,25 мм более 50 %). Следует отметить, что характерной особенностью грансостава золы является высокое содержание частиц d 0,1 мм (до 87 - 94 % от общего объёма), что является аномальным для природных грунтов. Эта фракция отнесена к отдельному типу - зола-пыль. В золошлаковом материале в незначительном количестве присутствуют фракции d 2 мм, содержание которых изменяется от 0,3 до 12,1 % (рис. 10).
По аналогии с грунтами естественного происхождения (дресва, гравий) частицы этой крупности отнесены к шлаковой фракции.
По величине коэффициента неоднородности Cu = d60/d10 более 3 зола неоднородная, а по коэффициенту сортировки Sp = d9o/dio более 10 -неотсортированная.
При анализе гранулометрического состава необходимо учитывать дисперсность золы, характеризующую степень крупности твёрдых частиц. Дисперсность характеризуется величиной площади поверхности частиц в объёме грунта. Удельная поверхность намывной золы изменяется в широких пределах и составляет от 2000 до 7000 см /г [60]. Значительная вариативность этого показателя для отдельных зол объясняется различной степенью раздробленности материала при подготовке топлива к сжиганию.
Высокая дисперсность золы ТЭС обусловливает величину её сорбционной способности золы [29, 63]. Это, в свою очередь, определяет опасности загрязнения природных вод непосредственно под чашей золошлакоотвала
Наличие в.составе золошлакового материала тонкодисперсных:частиц — пылеватой золы и -золы-пыли, обусловливает способность золошлакоотвалов к пылению при осушении их поверхности, создавая5 опасность загрязнения почв, грунтов» и снежного покрова. Неравномерность гранулометрического состава создаёт опасность возможного разрушения дамб наращивания;, возводимых на" зольном; основании.
. Естественная: влажность золы, находящейся выше границы водонасыщения,. изменяется, в широких пределах и; составляет от 10 — 20до 80 — 90 %, при этом какой, либо закономерности;по глубине не наблюдается; Ниже уровня.воды величина влажности достигает 100 % и более: .
Величина естественной влажности золы контролируется минералогическим составом как способность некоторых минералов содержать в. своём; химическом составе молекулы воды, гранулометрическими характеристиками-золошлакового материала как способность тонкодисперсных частиц удерживать воду на их поверхности силами поверхностного натяжения, а также фактором времени, определяющим степень «осушения» золы: за счёт гравитационной отдачи после консервации золошлакоотвала.
Величина степени влажности не позволяет однозначно оценивать состояние золы при залегании её выше уровня воды. Так при отборе проб золы экибастузского угля стенки выработок, пройденных для отбора проб, не обрушались при величине степени влажности золы 0,8 - 1,0, что аномально для песчаных грунтов естественного происхождения с теми же гранулометрическими характеристиками; Показателями- влагоёмкости являются- максимальная- молекулярная влагоёмкость, полная-влагоёмкость и водоотдача.
По величине максимальной молекулярной влагоёмкости; зола экибастузских углей аналогична грунтам естественного; происхождения пылеватого и тонкозернистого состава. Зола характеризуется величиной максимальной молекулярной влагоёмкости до 11,7 %, что соответствует высокой и очень высокой влагоёмкости.
Величина полной влагоёмкости золы зависит от плотности её сложения: у рыхлой золы полная влагоёмкость выше, чем у уплотнённой.
Коэффициент водоотдачи золы экибастузских углей, определяемый разностью между полной влагоёмкостью и максимальной молекулярной влагоёмкостью, характеризуется величинами от 0,1-0,15 для пыли и пылеватой золы до 0,15 - 0,20 для золы мелкой. То есть зола обладает низкой водоотдачей.
Плотность частиц грунта у золы экибастузких углей колеблется в пределах от 2,1 до 2,6 г/см при среднем значении 2,25 г/см . Вариации данного показателя определяются, главным образом, фазово-минералогичесим составом и гранулометрическими характеристиками.
Основными факторами, влияющими на плотность золы, являются гранулометрический состав и влажность (степень влажности). Преобладание в золошлаковом материале тонкодисперсных частиц определяет более высокую плотность золы, что обусловлено способностью удерживать значительное количество воды. Так зола-пыль экибастузких углей имеет плотность в среднем 1,3 - 1,4 г/см3, тогда как плотность пылеватой золы составляет лишь 0,9 - 1,0 г/см (рис. 11). Кроме того, исследования показали, что разуплотнение золошлакового материала происходит медленнее у зол с высокими содержаниями тонких фракций. Увеличение плотности золошлакового материала прямо пропорционально увеличению влажности, равно как и дисперсности золы.
Плотность сухого грунта (р является важнейшей физической характеристикой, поскольку она используется в расчётах необходимой ёмкости золошлакооотвалов,, и выражает степень уплотнённости грунтов и служит основным показателем, контролирующим качество отсыпки материала в тело насыпей.
Характеристика типовых золошлакоотвалов ТЭС Свердловской области по природным условиям их размещения
По приуроченности золошлакоотвалов ТЭС Свердловской области к гидрогеологическим структурам I порядка можно выделить следующие типы:
золошлакоотвалы в открытых гидрогеологических структурах;
золошлакоотвалы в переходных (от открытых к закрытым) зонах;
золошлакоотвалы в закрытых гидрогеологических структурах (артезианские бассейны). К открытым гидрогеологическим; структурам, на территории Свердловской: области относится Болынеуральскиш сложный бассейн корово-блоковых (пластово-блоковых ;и пластовых) вод. В таких структурах подземные воды приурочены; к.верхней трещиноватой зоне палеозойских пород, развитой до глубины; до 80 - 100 м, образуя:: ограниченные по площади бассейны местного; стока: Водоносные горизонты: перекрываются: невыдержанным по площади и:разрезу чехлом слабопроницаемых отложений. . Закрытые; гидрогеологические структуры представлены: Предуральским бассейном; пластовых (пластово-блоковых) вод и западной окраиной Западно Сибирского сложного бассейна пластовых вод (Тобольский; артезианский бассейн). Подземные воды здесь заключены в пластовые системы, обладают высоким напором, а водоносные горизонты надёжно разделены водоупорами, носящими; региональный характер. Гидравлическая связь, между водоносными горизонтами затруднена. - .. .-. Переходные зоны выделяются в области сочленения; открытых и; закрытых гидрогеологических структур. Отличительной особенностью таких зон является наличие признаков как открытых, так и закрытых структур: при близком расположении трещиноватых палеозойских пород присутствуют вышележащие водоносные горизонты, приуроченные к более молодым образованиям, и разделяющие их водоупорные или. слабоводоносные горизонты, не носящие регионального характера. В переходных . зонах: возможно наличие многочисленных литологических «окон», обусловливающих гидравлическую І связь между водоноснымигоризонтами. Распределение золошлакоотвалов ТЭС по типам и приуроченности их к гидрогеологическим; структурам: и; бассейнам-крупных рек приведено в таблице 11. Для золошлакоотвалов ТЭ.С,. расположенных в границах открытых : , , гидрогеологических структур, близкими по гидрогеологическим характеристикам являются; геологический разрез в основании накопителей и защитные свойства покровных отложений.
Геоэкологические критерии оптимального размещения золошлакоотвалов
В практике строительства золошлакоотвалов на Среднем Урале на ранних стадиях проектирования - при обосновании инвестиций в строительство - выполняется оценка площадок, предлагаемых для размещения проектируемого золошлакоотвала ТЭС. Как правило, на выбор предлагается не менее 3 вариантов размещения.
Для оценки степени геоэкологической- опасности размещения золошлакоотвала в той или иной позиции применяется метод сравнительного анализа на основе экспертных оценок без применения конкретных критериев оценки степени опасности - геоэкологических критериев.
В главе 4 были рассмотрены основные направления воздействия золошлакоотвалов на природные воды в районах их размещения. Воздействие на поверхностные воды, главным образом, .выражается в изменении гидрохимического режима, причём наиболее значительная трансформация химического . состава вод естественных водотоков происходит при наличии прямых постоянно или временно действующих сбросов. Относительно подземных вод воздействие золошлакоотвалов выражается в изменении не только гидрохимического режима, но и гидродинамических условий, выражающееся в подтоплении прилегающей к золошлакоотвалу территории.
Аэрогенное воздействие золошлакоотвалов на природные воды в районах размещения ТЭС, как было показано в предыдущей главе, менее значимо и не является определяющим.
Выделим основные геоэкологические критерии сравнения площадок размещения золошлакоотвалов ТЭС на основе приведённых в п. 5.1 факторов, определяющих степень опасности реализации проектных решений при размещении золошлакоотвалов ТЭС (табл. 20). Предложенные для расчёта критериев формулы опубликованы и широко применяются в гидрогеологической и геоэкологической практике.
При наличии прямого сброса осветлённых и дренажных вод в поверхностные водотоки определяющим фактором является концентрация основных элементов-загрязнителей в сбрасываемой воде. Единственным защитным механизмом, препятствующим распространению загрязнения на значительные расстояния, является поверхностный сток с некоторыми фоновыми характеристиками химического состава, разбавляющий поступающее загрязнение. Сорбционные свойства донных отложений, по мнению автора, не являются значимым фактором в разубоживании загрязнения в силу незначительности их мощности и сорбционной способности в условиях течения реки.
Исходя из этого, пренебрегая величиной сорбционной способности донных отложений, концентрация отдельного показателя в воде естественного водотока после прохождения точки сброса может быть определена по известной формуле смешения, имеющей следующий вид.
С3, Сф и С0 - концентрация элемента в воде естественного водотока после смешения с загрязненными водами, фоновая концентрация в водотоке и в сбрасываемой загрязненной воде,
Qe и Qo - соответственно расходы водотока и канала сброса.
Полученное значение концентрации элемента-загрязнителя в водотоке после прохождения точки сброса может быть сравнено со значением предельно допустимой концентрации элемента в водотоках и водоёмах рыбохозяйственного или хозяйственно-питьевого назначения.
Критерием оценки ущерба естественному водотоку может являться следующее соотношение, принятое в санитарных нормах и правилах.
Сфон - фоновая концентрация элемента в водотоке.
Исходные данные для расчёта критерия ущерба естественному водотоку или водоёму могут быть получены на самых ранних стадиях проектирования с незначительными затратами по фондовым материалам и выполнению предпроектных гидрометеорологических изысканиях, что делает применение критерия экономически целесообразным и в геоэкологическом плане эффективным.
Данный критерий применим для водотоков и водоёмов, не являющихся особо охраняемыми объектами. В случае если естественный водный объект имеет особое рекреационное, рыбохозяйственное или хозяйственно-питьевое значение решение о выборе площадки для размещения золошлакоотвала ТЭС должно быть однозначно отрицательным.
Ущерб территориям от изменения гидродинамических условий в районах размещения золошлакоотвалов ТЭС (подтопления) может быть оценён по величине показателя потенциальной подтопляемости, приведённом в монографии [118] и выражающемся следующей формулой. Р = Н (5) где 172 Но — глубина залегания уровня грунтовых вод в естественных условиях до строительства золошлакоотвала, м; Ah - прогнозируемый подъём уровня подземных вод в точке (х, у) на момент времени t при их дополнительном питании си, м; Нкр — критическая глубина уровня подземных вод, определяющая начало развития подтопления, м. Величина Нкр определяется в каждом конкретном случае в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории, вида и направленности хозяйственного освоения территории в целом.
По соотношению естественной и критической глубины залегания и критерию потенциальной подтопляемости выделяются два вида, в каждом из которых два подвида территорий по подтопленности.
1) Подтопленные территории, при выполнении условий Н0 Нкр иР 1:
а) подтопленные в естественных условиях, при выполнении Н0е Нкр,
