Содержание к диссертации
Введение
1. Актуальность проблемы и аналитический обзор видов загрязнителей и форм их влияния на экологическое состояние рек восточного Забайкалья 17
1.1. Влияние горнодобывающей промышленности на состояние поверхностных водных объектов 17
1.2. Влияние сельскохозяйственного производства на состояние поверхностных водных объектов 29
1.3. Влияние предприятий железнодорожного транспорта на состояние поверхностных водных объектов 42
2. Исследование особенностей гидрологического районирования и режима рек забайкальского края 60
2.1. Исследование особенностей гидрологического районирования и режима рек Байкальского бассейна 60
2.2. Исследование особенностей гидрологического районирования и режима рек Амурского бассейна 74
2.3. Исследование особенностей гидрологического районирования и режима рек
Лено-Индигирского бассейна 82
3. Исследование закономерностей изменения стока малых рек и разработка метода расчета нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ, поступающих в реки со сточными водами горного производства и агросистем в восточном Забайкалье У1
3.1. Исследование закономерностей распределения многолетнего и внутригодового стока малых рек Забайкальского края 97
3.2. Разработка метода расчета лимитов сбросов загрязняющих веществ в реки горнодобывающими предприятиями и агро-
системами в условиях Восточного Забайкалья 112
Исследование экологического состояния малых рек забайкалья при воздействии на них горнодобывающей промышленности 133
4.1. Краткая характеристика способов . открытой разработки месторождений золота в Забайкальском крае 133
4.2. Определение основных периодов горных
работ и видов их влияния на состояние рек 139
4.3. Оценка влияния горнодобывающей промышленности на гидрологический режим малых рек Забайкалья 147
4.4. Типизация участков малых рек Забайкалья, затронутых горными работами 151
4.5. Оценка влияния руслоотводных каналов в начальный период их эксплуатации на качество воды малых рек Забайкалья 158
4.6. Разработка инженерных средств и мероприятий по защите малых рек от загрязнения сточными водами при отработке месторождений открытым способом 171
Исследование зависимости состояния малых рек забайкалья от воздействия сельскохозяйственного производства 194
5.1. Методика исследований 194
5.2. Выбор объектов для исследования и основных источников загрязнения воды р. Читы 201
5.3. Закономерность изменения гидрохимического режима сточных вод с полигонов и агросистем 216
5.4. Определение гидрохимических характеристик разных вероятностей превышения сточных вод с орошаемых земель Забайкальского края 230
5.5. Разработка инженерных средств защиты малых рек-водоприемников от загрязнения сточными водами с сельскохозяйственных угодий 241
6. Методология оценки экологического состояния малых рек и их защиты от влияния горного производства и агросистем, определение предотвращенного экологического ущерба 265
6.1. Методология оценки экологического состояния малых рек и их защиты от влияния горного производства и агросистем. 265
6.2. Общие положения по определению предотвращенного экологического ущерба, наносимого малым рекам Забайкальского края 267
6.3. Укрупненная эколого-экономическая оценка ущерба, предотвращенного в результате реализации природоохранных разработок в Забайкальском крае 268
Заключение 272
Список использованной литературы
- Влияние горнодобывающей промышленности на состояние поверхностных водных объектов
- Исследование особенностей гидрологического районирования и режима рек Байкальского бассейна
- Исследование закономерностей распределения многолетнего и внутригодового стока малых рек Забайкальского края
- Краткая характеристика способов . открытой разработки месторождений золота в Забайкальском крае
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. На территории Восточного Забайкалья, в частности в Забайкальском крае, формируются воды трех крупных водных систем Сибири и Дальнего Востока: Амурского бассейна (на него приходится около 55% от площади края), Ленского (30,4%) и Байкало-Енисейского (13,3%). На Забайкальский край приходится формирование более 7% стока бассейна Лены и более 5% площади ее водосбора, соответственно более 7% и около 13% - Амура, около 18% и 10% - Байкала. Одной из основных особенностей малых рек, образующих водосбор основных водных систем, является тесная связь формирования стока с ландшафтом бассейна. Это обусловливает существенную уязвимость рек при интенсивном ведении горных работ, распашке земель, отставании почвозащитных мероприятий, приводящих к развитию эрозионных процессов на больших площадях бассейнов малых рек, заилению русел, прудов и водохранилищ [1-3].
Интенсивное истощение резервов чистой воды обусловлено в большей степени нарастающим загрязнением водных объектов промышленными и бытовыми стоками. Особенно остро ощущают влияние сброса сточных вод малые реки Восточного Забайкалья, так как их самоочищающая способность ниже, чем у малых рек европейской части России. Этот регион отличается наиболее суровыми природно-климатическими условиями - длительными низкими температурами воздуха, наличием многолетнемерзлых грунтов, сильными ветрами, снегозаносами, гидрологическими и гидрогеологическими особенностями, сейсмичностью, сложностью рельефа, значительными колебаниями физиче-
6 ских, химических и бактериологических показателей качества воды и др. До
80% поверхностных источников водоснабжения и водоотведения полностью перемерзают зимой. Бактериологические исследования показали, что коли-ин-декс в 4 пробах воды из 13 отобранных в р. Вилюй не соответствует санитарным требованиям, в 6 пробах из 13 обнаружено превышение микробного числа. Вода в р. Тура загрязнена бактериями кишечной группы - в летний период ко-ли-индекс составляет не менее 25*103 кл./л [Х.С. Бахрамов, 2004].
Особое внимание уделяется качеству воды рек бассейна оз. Байкал, для
v сохранения которого принят Федеральный Закон «Об охране озера Байкал».
Реки бассейна имеют в основном III класс качества вод и характеризуются как умеренно загрязненные. За период наблюдений (1898 - 2007 гг.) среднегодовое содержание органического вещества (по величине БПК5 и ХПК) превышало ПДК в 1,5 раза (1988), фенолов - в 8 раз (1992), нефтепродуктов - в 21 раз (1991), железа общего - в 14 раз (1988), ионов меди - в 7 раз (1991), цинка - в 2 раза (1992) [О.А. Вотах, 1995].
В Восточном Забайкалье значительную долю в изменение гидрологического и гидрохимического режимов рек вносит горнодобывающая промышленность. Освоение большей части пойменных земель, перенос русел малых и средних рек за границы объектов горных работ приводят к изменению водного и химического балансов поверхностных вод, что в свою очередь нарушает ход естественных природных гидрологических, гидрохимических и гидробиологических процессов в речной воде.
Многогранность процессов смешения, распространения сточных вод в речных водах и изменения концентраций загрязняющих веществ в водотоках предопределяют актуальность проблемы формирования режимов воды рек, на водосборах которых осуществляется антропогенная деятельность. Работы в этом направлении активно вели и ведут ученые самых различных направлений: экологи, химики, гидрогеологи, биологи, геологи, гидрологи и др., среди которых следует назвать Алтунина СТ., Астахова А.С., Басса СВ., Бортина Н.Н., Будыко М.И., Булавко А.Г., Воронкова Н.А., Горошкова И.Ф., Горшкова В.К., Гуткина В.И., Дебольского В.К., Ельчанинова Е.А., Ермолова В.А., Железняка И.А., Жука Е.Г., Жукову Г.А., Захаровскую Н.Н., Знаменского В.А., Зубрева Н.И., Калашникова А.Т., Караушева А.В., Клибашева К.П., Коваленко B.C., Красавина А.П., Лаптева Н.Н., Меркулова В.А., Мирзаева Г.Г., Михалева М.А., Михайлова A.M., Новикова В.Н., Парахонского Э.В., Потапова А.И., Родзилле-ра И.Д., Российского К.И., Сладкопевцева С.А., Томакова П.И., Фролова В.А., Чаплыгина Н.Н., Шикломанова И.А. и др.
Решение научной проблемы оценки экологического состояния малых рек и их защиты от загрязнения горным производством в условиях Восточного Забайкалья имеет важное народнохозяйственное значение.
Цель диссертационной работы заключается в разработке методологии оценки экологического состояния водных ресурсов и их защиты от влияния горного производства, позволяющей обеспечить нормативное качество воды малых рек Восточного Забайкалья.
Идея работы заключается в выявлении и научном обосновании региональных закономерностей режимов многолетнего и внутригодового стоков малых рек Восточного Забайкалья и их учете в расчетах нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ, зависящих от вида водопользования, технологии отработки месторождений россыпного золота и разработке на этой основе методов и типовых инженерных и технических решений защиты водотоков от антропогенного загрязнения.
Основные задачи исследования:
Анализ опубликованных данных и проведение натурных наблюдений за гидрологическим режимом речных и сточных вод с целью изучения и выявления его зональных закономерностей для разработки методологии оценки экологического состояния водных объектов и их защиты от влияния горного производства и агросистем в условиях Восточного Забайкалья.
Разработка метода расчета лимитов сбросов загрязняющих веществ, учитывающего закономерности гидрологического режима малых рек, виды водопользования при добыче полезных ископаемых открытым способом и поступлении сточных вод агросистем в водные объекты Восточного Забайкалья.
Анализ технологических процессов, входящих в них этапов и видов горных работ, а также форм их воздействия на малые реки при добыче полезных ископаемых открытым способом в руслах водотоков, выявление закономерностей влияния горного производства на состояние водных ресурсов, разработка типовых инженерных и. технических решений защиты водных объектов
от загрязнения сточными водами, образующимися при отработке россыпных месторождений золота в условиях Восточного Забайкалья.
4. Выявление закономерностей изменения гидрологического режима ма
лых рек статистическими и воднобалансовыми расчетами в системе «месторо
ждение - река» для решения задач сохранения санитарного расхода воды в во
дотоке в фазу межени, разработка метода контроля и регулирования концен-
траций загрязняющих веществ в расчетном створе водотока при отведении рус
ла реки от границ россыпного месторождения золота с целью сохранения нор
мативного качества воды в водном объекте.
5. Выявление закономерностей изменения гидрохимического режима
сточных вод с мелиорированных и богарных земель с целью определения влия
ния агросистем на экологическое состояние водных объектов и разработка ти
повых средств и способов защиты малых рек Восточного Забайкалья от загряз
нения сточными водами сельскохозяйственного производства.
6. Оценка наносимого и предотвращенного экологического ущерба, ма
лым рекам Восточного Забайкалья при реализации природоохранных разрабо
ток и мероприятий, предложенных в работе.
Методика исследований включает анализ и обобщение результатов ранее выполненных исследований и оценок влияния на реки антропогенной деятельности, проведение натурных наблюдений за гидрохимическим режимом сточных вод и гидрологическим режимом водных объектов, в бассейнах которых ведутся горные работы, обработку данных исследований методами мате-
матической статистики и теории вероятностей, установление закономерностей и зависимостей, реализация разработок в производство.
Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:
Закономерность изменения стока малых рек за многолетний период, заключающаяся в его распределении по многолетним циклам, значительно отличающимся по величинам среднегодовых расходов воды, зависящая от водности периода и предопределяющая необходимость выполнения расчета нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ, поступающих в водоток со сточными водами россыпных месторождений золота, для каждого цикла отдельно в условиях Восточного Забайкалья.
Метод расчета лимитов сбросов взвешенных веществ в водные объекты горнодобывающими предприятиями, заключающийся в определении расчетного расхода воды в водотоке с учетом водности периода добычи полезных ископаемых и гидрологической фазности внутригодового распределения стока малых рек Восточного Забайкалья.
Классификация форм воздействия видов горных работ на малые реки в зависимости от технологических этапов отработки россыпных месторождений золота, позволяющая устанавливать расчетные периоды для разработки нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ в водотоки в условиях Восточного Забайкалья.
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
и при отработке россыпного месторождения золота, но и регулировать его, с учетом фактического и прогнозируемого состояний экологического резерва при искусственном изменении русел малых рек Восточного Забайкалья.
Закономерность изменения гидрохимического режима сточных вод с полигинов и агросистем, заключающаяся в том, что колебания концентраций загрязняющих веществ зависят от сезонов вегетационного периода, что связано с условиями ведения горного и сельскохозяйственного производств, позволяющая рассчитывать НДС загрязняющих веществ в условиях Восточного Забайкалья.
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.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждаются использованием опубликованных многолетних данных гидрометрических и гидрохимических наблюдений за расходами и качеством воды сточных и речных вод Забайкалги-дрометеоцентром (1898-2005 гг.), обработкой данных натурных наблюдений за гидрологическими характеристиками в многолетнем и внутригодовом периодах формирования стока малых рек, в бассейнах которых ведется добыча полезных ископаемых, методами математической статистики и теории вероятностей,
применением регрессионного анализа для получения функциональных зависимостей изменения концентраций загрязняющих веществ по сезонам года за вегетационный период в сточных водах агросистем, положительной реализацией разработок на производственных предприятиях и проектных институтах, удовлетворительной сходимостью расчетных данных и натурных наблюдений (расхождение - не более 10%).
Научная значимость диссертационной работы заключается в разработке методологии оценки экологического состояния малых рек и их защиты от загрязнения сточными водами горного и сельскохозяйственного производств, базирующейся на методах, закономерностях, классификации, учитывающих региональные особенности гидрологического режима водотоков и производственные процессы горнодобывающих предприятий и агросистем в условиях Восточного Забайкалья.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
разработана методика определения расчетного расхода воды водотока, учитывающая гидрологическую цикличность и фазность формирования многолетнего и внутригодового стока малых рек, позволяющая рассчитывать нормативы допустимых сбросов загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами предприятий, в том числе горнодобывающего производства, в условиях Восточного Забайкалья;
разработан каталог типовых инженерных средств и мероприятий по защите малых рек от загрязнения сточными водами при отработке россыпных месторождений золота в их бассейнах;
разработаны технические решения по проектированию природоохранных гидротехнических сооружений на россыпных месторождениях золота, учитывающие орографический фактор, морфометрические характеристики малых рек, условия сохранения санитарного расхода в водотоке и разработанный каталог типовых инженерных средств и мероприятий защиты водотоков от загрязнения сточными водами в условиях Восточного Забайкалья;
разработана методика регулирования расходов воды и концентраций взвешенных частиц в руслоотводном канале, позволяющая не только контроли-ровать 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;
разработаны экологическая карта бассейна р. Читы и каталог типовых инженерных и технических решений по защите малых рек от загрязнения сточными водами агросистем, использование которых позволяет предотвратить экологический ущерб, наносимый водотокам техногенной деятельностью в условиях восточного Забайкалья;
получены функциональные зависимости гидрохимических характеристик сточных вод с агросистем, которые используются для укрупненной оценки влияния стоков на качество воды рек в разделе «Охрана окружающей природной среды» рабочих проектов строительства гидромелиоративных систем в условиях Восточного Забайкалья.
Реализация результатов работы. Основные результаты выполненных исследований и разработок получили практическую реализацию более чем в 20 проектах расчета нормативов допустимых сбросов (НДС) загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами предприятий, рабочих проектах разработки открытых месторождений россыпного золота в Забайкалье и отражены в 11 научно-исследовательских отчетах по теме диссертации, имеющих государственные регистрационные номера.
Разработанные рекомендации используются в проектных и научных ин-ститутах, государственных органах: ООО «Забайкалзолотопроект»; ОАО «За-байкалцветметНИИпроект»; Государственное унитарное предприятие «Про-ектно-изыскательский институт на железных дорогах Забайкалья» («Забайкал-желдорпроект»); Федеральное государственное учреждение «Управление мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения по Читинской области»; ЗАО «Золото Сибири». Результаты работы также используются в учебном процессе при подготовке специалистов-экологов в Иркутском государственном университете путей сообщения и курсах повышения квалификации экологов на Забайкальской железной дороге.
Личный вклад автора заключается: в постановке новых задач исследований; руководстве и непосредственном участии в проведении мониторинга нарушенных земель, гидрологического режима речных вод и гидрохимического режима сточных вод; разработке разделов каталогов типовых инженерных и технических решений по защите от загрязнения малых рек; разработке методов и методик решения поставленных задач; разработке методологии оценки экологического состояния малых рек и их защиты от загрязнения сточными водами
горного и сельскохозяйственного производств; достижении цели и реализации идеи работы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всероссийских конференциях: «Управление водным хозяйством России» (Екатеринбург, 1992, 1993); «Экосистемный подход к управлению водными ресурсами в бассейне рек» (Екатеринбург, 1994); «Безопасность биосферы - 99» (Екатеринбург, 1999); «Актуальные проблемы Транссиба на рубеже веков» (Хабаровск, 2000); «Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2004); «Проблемы исполнения экологического и земельного законодательства в РФ» (Пенза, 2004); «Проблемы и перспективы развития транссибирской магистрали в XXI веке» (Чита, 2006); «Актуальные проблемы современного транспорта» (Самара, 2007); Международных конференциях: «Проблемы прогнозирования в современном мире» (Чита, 1999); «Чистая вода России - 99» (Екатеринбург, 1999); «Наука и образование на рубеже тысячелетий» (Чита, 1999); «Мир. Справедливость. Гуманизм» (Чита, 2000); «Транссибвуз - 2000» (Омск, 2000); «Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление» (Чита, 2001); «Проблемы использования водных ресурсов и экологии гидросферы» (Пенза, 2001); «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии» (Санкт-Петербург, 2002); «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья» (Чита, 2002); «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2002); «Приоритет России XXI века: от бисферы и техносферы к ноосфере» (Пенза, 2003); «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (Новосибирск, 2004); «Экономика природопользования и природоохраны»
16 (Пенза, 2005); «Экология и жизнь» (Пенза, .2005); «Города России: проблемы
строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2006); «Развитие транспортной инфраструктуры - основы роста экономики Забайкальского края» (Чита, 2008) и на других межрегиональных и региональных конференциях; на ряде научных семинаров и курсов.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 87 печатных работ. В том числе: 4 монографии (2 монографии в соавторстве); 1 патент; 18 статей в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных ре-зультатов докторских диссертаций. В автореферате приведено 38 основных научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 207 наименований, из них 23 иностранных источника, приложений, содержит 88 рисунков и 102 таблицы.
Автор выражает глубокую признательность за помощь в работе научному консультанту докт. техн. наук, профессору кафедры «Инженерная защита окружающей среды» Ельчанинову Е.А., заведующему кафедрой ИЗОС докт. техн. наук, профессору Сластунову СВ., коллективу кафедры ИЗОС Московского государственного горного университета. При выполнении работы на разных ее этапах существенную помощь и поддержку оказали: коллектив и заведующий кафедрой «Водное хозяйство и инженерная экология» Читинского государственного университета докт. техн. наук, профессор Заслоновский В.Н.; заведующий кафедрой «Открытые горные работы» Читинского государственного университета докт. техн. наук, профессор Овешников Ю.М.
Влияние горнодобывающей промышленности на состояние поверхностных водных объектов
В Забайкалье основным загрязнителем малых рек является горнодобывающая промышленность. Подавляющее количество разведанных месторождений золота, свинца, серебра, угля, олова, других редких металлов располагается в долинах малых и средних рек. Металлургический комплекс и горнорудная промышленность представлены Петровск-Забайкальским металлургическим заводом, Приаргунским производственным горно-химическим объединением, горно-обогатительными комбинатами (Забайкальским, Амазарским, Жирекен-ским, Нерчинским полиметаллическим, Калангуйским плавикошпатовым), Вершино-Дарасунским рудником, а также мелкими рудниками, старательскими артелями по добыче золота и других полезных ископаемых.
На долю горнорудных и металлургических предприятий на 2004 г. приходилось 96,1 млн.м3 воды, или 14,6% от общего водозабора. Потребление воды уменьшилось на 29,0 млн.м3 за счет сокращения производства горнорудной и металлургической промышленности. Сброс сточных вод этим комплексом составил 70,5 млн.м3, или 14% от общего объема водоотведения в Забайкальском крае. Непосредственно в поверхностные водные объекты поступило 68,4 млн. м3 сточных вод [4].
Отрицательное влияние сброса сточных вод особо сказывается на малых реках, которые имеют низкую водность, перемерзают зимой и имеют длительные меженные периоды. К таким рекам относятся Мыкьтрт, Амазар, Давенда, Желтуга, Турга, Средняя Борзя и др. (Рис. 1.1).
Качественное состояние земель и их использование в Забайкальском крае продолжают ухудшаться. Общая площадь нарушенных земель в 2006 г. составила 27,1 тыс. га, из которых на долю предприятий цветной металлургии приходится 18,319 тыс. га, угольной промышленности - 3,224 тыс. га, других предприятий - 5,5 тыс. га. На рис. 1.6 показано размещение скоплений техногенного сырья горно-рудных предприятий Забайкальского края. В 2007 г. площади нарушенных земель в области уменьшились и составили 1,5 тыс. га (2006 г. - 1,9 тыс. га).
Увеличились площади возврата и рекультивации земель. При плане 1,9 тыс. га рекультивировано 2,3 тыс. га. Увеличение рекультивированных площадей произошло за счет Могочинского района, где сосредоточена основная часть золотодобывающей промышленности (около 40% ). Здесь восстановлено 1,186 тыс. га при плане 0,51 тыс. га. В ряде же других районов с развитой золотодо-бычей (Газимуро-Заводский, Нерчинско-Заводский, Красночикойский, Карым-ский и Шелопугинский) невыполнение планов рекультивации земель связано со сложным экономическим состоянием артелей.
В целом ежегодно в среднем 2,3 тыс. га продуктивных земель утрачивают природно-хозяйственную ценность вследствие добычи полезных ископаемых, проведения геологоразведочных, строительных и других работ.
Наиболее значительное увеличение нарушенных земель происходит в результате открытой отработки месторождений полезных ископаемых, в частно сти, золота (рис. 1.7, 1.8, 1.9). В 1995 г. разработку россыпных месторождений золота производили 43 предприятия, 1996 г. - 63, в 1997 г. - 33, 2004 г. - 31.
За период с 1991 по 2004 гг. нарушено около 11,2 тыс. га плодородных пойменных земель. Ввиду тяжелого финансового положения многие старательские артели находятся на грани банкротства или уже прекратили свое существование. В связи с этим ожидается невыполнение плана рекультивации земель и возрастание нагрузки на водотоки от поступления взвешенных веществ [5].
Отмечается снижение темпов восстановления земель. Если в 1995 г. план рекультивации был выполнен на 75%, то в 2004 г. - только на 40%. Качество рекультивации невысокое из-за потерь плодородного почвенного слоя при его нанесении на спланированные участки и смыва почвы дождями вследствие невыполнения биологического этапа.
Решение вопросов по восстановлению плодородия почв на нарушенных землях и их возврата в пользование сегодня приобретает огромное значение в Читинской области. В табл. 1.2 приведены основные направления и характер воздействия объектов горного производства на природную среду.
Отрицательное воздействие горного производства на водные ресурсы в своих монографиях отмечают В. И. Дикарев, В. А. Рогалев, Г. А. Денисов, А. П. Доронин [6, 7], В. Ф. Молчанов и А. В. Протасов [8]. Основные виды воздействия соответствуют видам, приведенным в табл. 1.2.
Е. В. Зелинской, Л. М. Щербаковой и О. И. Горбуновой на примере разработки различными способами двух типичных золотосодержащих месторождений, расположенных в районе Крайнего Севера, показаны основные направления и уровень воздействия горнодобычных работ на окружающую среду. Ими отмечены изменения гидрологического и гидрохимического режимов водотоков, ландшафта, нанесение ущерба биологической среде, флоре и фауне в районе разработки месторождений.
Исследование особенностей гидрологического районирования и режима рек Байкальского бассейна
На территории Забайкальского края формируются воды трех крупных бассейнов:.Байкальского, Амурского-и Ленского. Природные условия в-границах различных бассейнов рек Забайкальского края существенно различаются (рис. 2.1). Это приводит к необходимости исследования гидрологического режима рек, климата, рельефа, почв, растительности отдельно для каждого бассейна [93, 94]. Результаты исследований, особенно гидрологического режима рек, должны быть использованы для адаптации существующих методик расчета нормативов НДС загрязняющих веществ к условиям Восточного Забайкалья.
Территория бассейна оз. Байкал характеризуется значительной приподнятостью над уровнем моря и преимущественно горным рельефом. Широкое распространение имеют здесь средне-высотные горы, отличающиеся расчлененностью и контрастностью форм рельефа. Равнинные поверхности встречаются лишь в тектонических впадинах и долинах больших рек. Отметки высот данной территории изменяются от 456 м (средняя высота уровня оз. Байкал) до 2840 м (центральная часть Баргузинского хребта). Горные хребты вытянуты параллельно котловине оз. Байкал и ориентированы, в основном, с юго-запада на северо-восток.
Климат района континентальный: зима здесь холодная и продолжительная, лето теплое, короткое. Основная часть осадков выпадает в летний период. Снежный покров характеризуется небольшой мощностью. Широкое распространение имеет многолетняя мерзлота. Бассейн оз. Байкал представляет собой древнюю складчатую область и отличается сложным геологическим строением. Наиболее развит магматический комплекс горных пород, а также метаморфические и вулканогенные образования преимущественно до кембрийского возраста.
Наиболее широкое распространение имеют гранитоиды, гнейсы, кристаллические сланцы.
Почвы бассейна оз. Байкал формируются под воздействием сложного комплекса природно-климатических условий, определяющих своеобразие их строения. Для них свойственны укороченность почвенного профиля, относительно небольшая мощность гумусового горизонта, длительное нахождение в мерзлом состоянии, глубокое промерзание и сильное выхолаживание верхних горизонтов зимой. Для рассматриваемой территории характерны два основных типа почв: горных районов и межгорных понижений. Почвы горных районов маломощны, они сформированы, как правило, на элювии и элюво-делювии интрузивных горных породах и в меньшей мере — на элювии и элюво-делювии эффузивных, осадочных и метаморфических породах. Почвы межгорных понижений сформированы на различных рыхлых отложениях, главным образом песках, супесях и суглинках. Бассейн оз. Байкал относится, в основном, к лесостепной (южнее 52 - 53 с.ш.) и лесной (таежной) зонам (рис. 2.1). Однако значительная расчлененность территории и наличие межгорных впадин обусловили высотную поясность в распределении растительного покрова. В пределах бассейна выделяются следующие пояса: степной, лесостепной, горно-таежный, подгольцово-редколесный с зарослями кедрового стланника и гольцовый. Степи территории не представляют собой единого массива, а состоят из отдельных участков, которые как бы вкраплены в массивы тайги в виде отдельных «островов». Верхняя граница их обычно не поднимается выше 1100 м.
Для забайкальской лесостепи характерно чередование степных участков, занимающих южные склоны гор, с облесенными участками на северных склонах. Лесостепь не образует сплошного пояса, а состоит из отдельных массивов, разобщенных между собою горно-степными и горно-таежными растительными группировками. Участки с лесостепной растительностью расположены чаще всего в пределах высот 900 - 1200 м.
Горная тайга является наиболее распространенным ландшафтом в пределах рассматриваемой территории. Она занимает около 70% бассейна оз. Байкал и составляет основной фон его растительного покрова. Горно-таежный пояс в зависимости от широты места занимает разное высотное положение. На севере тайга расположена на высотах от 460 - 1500 м, а на юге - 1000 - 1800 м. Вдоль побережья оз. Байкал нижняя граница тайги спускается к урезу воды. Пояс под-. - " гольцового редколесья и зарослей кедрового стланника располагается выше горной тайги, в пределах высот 1000 - 1500 м на севере и 1500 - 2000 м на юге. Он занимает сравнительно небольшие площади на участках хребтов, имеющих сглаженные очертания и плоские вершины, поднимающиеся выше верхней границы леса. Гольцовый пояс четко выражен на хребтах Байкальского станового нагорья. Высота нижней границы пояса изменяется от 1100 - 1500 м на севере до 1600 - 2000 м на юге. В пределах гольцового пояса преобладают высокогор-но-пустошные ландшафты. Характерной особенностью гольцов является очень широкое распространение каменных россыпей, лишенных растительности.
Исследование закономерностей распределения многолетнего и внутригодового стока малых рек Забайкальского края
Гидрологический режим малых рек Восточного Забайкалья отличается большой неустойчивостью и сложностью. Распределение стока малых рек по циклам, отличающимся водностью, является их выраженной особенностью. В табл. 3.1 приведен список рек и пунктов наблюдений для трех оЗа многолетний период наблюдений установлено чередование многоводных и маловодных лет. Период с 1972 по 1982 годы характеризовался пониженной водностью рек (табл. 3.2). Цикличность характерна для всех типов рек Восточного Забайкалья: больших, средних и малых.
Анализ изменения циклов водности рек показал, что маловодный период для Восточного Забайкалья длится в среднем 17,8 лет, многоводный - 16 лет и средний по водности - 15 лет.
Характерным является гидрограф среднегодовых расходов воды р. Хилкотой, построенный по 31 году наблюдений за среднесуточными уровнями воды в ней (рис. 3.1). Река Хилкотой расположена в Байкальском водном бассейне. В результате выполнненых статистических расчетов установлено: из 31 года наблюдений за ее стоком 10 лет относятся к многоводному циклу, 11 лет — к среднему по водности периоду и 10 лет - к маловодному циклу. сновных речных бассейнов, по которым проводились исследования гидрологического режима водотоков.
Средний расход воды за маловодный период составил 48,9% от среднего расхода воды за многоводный период, максимальный - 43,4%, минимальный -48,0%, соответственно. Гидрологическая цикличность многолетнего стока малых рек, основная доля которого приходится на дождевое питание, приводит к необходимости рассчитывать нормативы допустимых сбросов взвешенных ве-ществ, 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 периодам), 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.
В существующей методике расчета лимитов сбросов загрязняющих веществ в водные объекты эта закономерность не учитывается. Отработка россыпных месторождений золота и сброс образующихся при этом сточных вод в малые реки, а также гидротехническое строительство в их руслах осуществляются обычно в период открытого русла.
Наиболее опасным периодом поступления сточных вод в речные является фаза межени. Именно в это время расход речных вод минимален. Для анализа построены модули стока рек по гидрологическим фазам Байкальского, Амурского и Ленского бассейнов.
На гидрографах модулей стока ярко выражены низкие значения стока в летне-осеннюю межень для всех исследованных рек указанных крупных водных бассейнов (рис. 3.2). Межень является характерной фазой для малых рек Восточного Забайкалья. Меженные периоды различаются лишь длительностью прохождения. Колебания расходов воды малых рек разных гидрологических районов (pp. Чара, Иля, Унго) ярко показывают не только сезонные изменения стока, но и изменения по гидрологическим фазам (рис. 3.3).
В расчетах смешения сточных и речных вод необходимо это учитывать. Прохождение летне-осенней межени хорошо иллюстрируется рис. 3.4 и 3.5. На большой р. Олекма меженный период короткий и приходится на середину июня. На малой р. Чите межень продолжается весь июль и первую декаду августа.
Распределение гидрологических фаз внутри года зависит от множества факторов. Наибольшую роль играют климатические условия [98, 99].
Маловодными засушливыми годами за период наблюдений были 1901, 1926, 1927, 1946 гг. Наибольшая продолжительность межени наблюдалась в 1946 г. и составила на pp. Шилка и Ингода 105 - 122 дня. Продолжительным периодом низкой водности явились 70-е годы. В 1972 г. низкая межень установилась сразу после очищения рек ото льда.
Сухая погода июня обусловила дальнейшее понижение уровней воды. К началу июля уровни воды pp. Шилка, Онон, Газимур, Унда и малых реках были ниже многолетних минимальных уровней за период наблюдений и в дальнейшем не повторялись. В табл. 3.3 приводятся данные о периодах пересыхания малых рек Забайкальского края.
Краткая характеристика способов . открытой разработки месторождений золота в Забайкальском крае
Основные объемы нарушенных земель в бассейнах малых рек и загрязнения водных объектов Забайкальского края приходятся на горнодобывающую промышленность. Отработка месторождений открытым способом в поймах и руслах малых рек приводит к деградации водотоков [107-111]. В последние годы в Восточном Забайкалье и, в частности, Забайкальском крае резко увеличилось количество различных организаций (акционерных обществ, товариществ, артелей и др.), занимающихся отработкой месторождений россыпного золота, других редких металлов, угля. Большая часть разведанных россыпных месторождений располагается в прирусловых поймах и непосредственно в руслах рек. Это вызывает необходимость отводить русла рек от границ россыпей, а добычу вести дражным или раздельным гидромеханизированным способом (с использованием бульдозеров, применением автотранспорта для перевозки песков).
В зависимости от типа горных машин, используемых для выемки и транспортирования песков, различают дражный, гидромеханизнрованный, скрепер-но-булъдозерный и экскаваторный способы открытой разработки россыпей. Драги обычно работают в пойме рек. Дражный разрез заполнен водой и через него протекает водный поток, осветляющий воду, используемую для промывки.
Технология ведения работ определяется, в основном, способами выемки пород и системами дражных разработок. Изменением технологии добычных работ можно влиять на производительность драги, на потери песков и разубо-живание, а следовательно, и на загрязнение воды в дражном разрезе. Нарис. 4.1 представлена рекомендуемая водооборотная схема отработки драгой открытых россыпных месторождений золота [В.П. Мязин, 1994].
Существуют следующие системы гидромеханизированных разработок: основные - попутным, попутно-отступающим, встречным забоем и комбинированные - боковым, веерным и полувеерным забоем с углом его поворота на 180 градусов.
Работа драги по восстанию по схеме оборотного водоснабжения: 1 - дамба с водозаборным устройством; 2 - драга; 3 - насосная станция; 4 - станция фло-куляции; 5 - отвалы эфелей и галей; 6 - руслоотводной канал; 7 - отстойник сточных вод, поступающих от драги; 8 - река
На гидравлических разработках вода используется в больших объемах - в среднем 10 - 50 м3 воды на 1 м3 породы. Напорной струей размывают и перемещают как торфа, так и пески. Дополнительное количество воды расходуется для подъема размытых пород землесосами и струйными насосами (гидроэлеваторами). Технология гидравлических работ может оказывать влияние на водные объекты изменением: разубоживания песков, что определяет количество глинистых частиц, поступающих на гидравлический отвал; удельного расхода напорной воды, используемой для размыва песков, зависящего от принятого напора подводимой к гидромонитору воды; способа размыва и системы разработки: типа применяемого оборудования - землесоса, струйного насоса и др.
Все это влияет на количество воды, находящейся в обороте, размеры водоотстойников и на степень осветления воды при отстое. Добыча золота ведется обычно снизу вверх против течения реки. Все месторождение разбивается на блоки, из которых пустые породы (торфа) выкучиваются на борта, а золотоносные пески - в верхний торец блока. Образовавшийся котлован (отстойник) заполняется водой, подаваемой из реки в количестве необходимом для промывки (необходимый объем воды составляет 8,0 - 20,0 тыс.м ). После отработки первого блока промприбор переставляется в верхний соседний блок и т.д. На рис. 4.2 приведена схема прямоточного водоснабжения с частичным использованием стока реки [В Л. Мязин, 1994].
Схема прямоточного водоснабжения с частичным использованием стока реки: 1 - руслоотводной канал; 2 - насосная станция; 3 - промприбор; 4 - станция флокуля-ции; 5 - илоотстойник; 6 - отработанные блоки (технологический отстойник); 7 - водо-выпуск очищенной воды в реку
В настоящее время эта схема запрещена к использованию «Правилами охраны поверхностных вод» так как приводит к значительному загрязнению рек взвешенными веществами, нефтепродуктами и растворенными солями. При отработке открытых россыпных месторождений золота рекомендуется использовать схему оборотного водоснабжения с очисткой воды отстаиванием (рис. 4.3) [112-114, 194]. При использовании такой технологии отработки месторож 136 дений образуется каскад отстойников или прудов. Их площадь обычно не превышает 1 км2, а средняя глубина изменяется от 5 до 10 м. В зависимости от гидрогеологических условий на месторождении каскад прудов будет оказывать регулирующее действие на сток малой реки независимо от того, что для промывки песков используется оборотное водоснабжение. Если уровни подземных вод располагаются у поверхности земли, то пруды будут выполнять аккумулирующую роль и, наоборот, при расположении уровней подземных вод ниже дна прудов будет происходить фильтрационная отдача воды из них через дно и стенки.
Схема оборотного водоснабжения промприбора:
1 - промприбор; 2 - отрабатываемый блок; 3 - водоподводящий канал; 4 - насосная станция; 5 - эфелеотбойная дамба; 6 - илоотстойник; 7 - отстойник; 8 - трубопровод подачи воды на промприбор; 9 - руслоотводной канал; 10 - водорегулирующее гидротехническое сооружение (водослив с широким порогом); 11 - струенаправлягощая дамба
Такое регулирование подземного стока может резко отражаться на водности малых рек. Значительное изменение гидрологического режима малых рек будет происходить при сопоставимости водообмена в системе "месторождение - река", их геометрических размеров и техногенного изменения поверхности водосбора при отработке. Анализ расположения отработанных и отрабатываемых в настоящее время месторождений в Забайкалье показал, что на водосборе одной реки может вестись или планируется отработка ряда россыпей (на р.Тура - 7 месторождений). Некоторые месторождения имеют длину, изменяющуюся в пределах 5-35 км, а в редких случаях и больше, и располагаются они на малых реках (притоках средних и больших рек), длина которых лежит в пределах 15 -100 км.
Таким образом, большая часть длины такой реки нарушается отработкой месторождений. Для примера приводится гидрологическая характеристика малой р. Средняя Борзя и месторождений россыпного золота, расположенных в ее бассейне. Общая длина р. Ср. Борзя составляет 94 км, площадь водосбора 1360 км , средняя высота водосбора 752 м, средняя ширина водосбора 14,6 км, средняя глубина реки 0,80 м, средняя скорость течения 0,70 м/с, минимальный 30-суточный расход за год 95 %-ной обеспеченности 0,21 м /с, расход 1 %-ной ве-роятности превышения 407,0 м /с. На всем протяжении реки, начиная от устья (кроме участка реки длиной 15 - 20 км от истока) располагаются следующие объекты:
1) хвостохранилище Кадаинского рудника;
2) месторождение россыпного золота «Ср. Борзя», которое будет отрабатываться дражным способом на протяжении 35 км старательской артелью «Даурия» (россыпь располагается непосредственно в русле реки и части прирусловой поймы);
3) месторождение россыпного золота «Средняя Борзя», которое отрабатывалось гидромеханизированным способом старательской артелью «Слюдян-ка»;
4) месторождение россыпного золота «Богомоловка», которое отрабатывалось гидромеханизированным способом старательской артелью «Прогресс»;
5) месторождение россыпного золота «Солкокон», которое отрабатывалось гидромеханизированным способом старательской артелью «Прогресс» и расположено на левом притоке (р. Солкокон) р. Ср. Борзя;
