Введение к работе
Актуальность работы. Одной из основных причин неблагополучного состояния окружающей среды на Среднем Урале в настоящее время является большая масса отходов горного и металлургического производств, накопленных здесь за длительный период. Наибольшую опасность для загрязнения природной среды представляют накопители поверхностного типа, к числу которых относятся шламохранилища.
Большинство накопителей построены без противофильтрационных экранов, сточные воды содержат многие макро- и микрокомпоненты в количествах значительно превышающих допустимые, что делает их потенциально опасными источниками загрязнения подземных и поверхностных вод.
Накопители имеют различные размеры и объемы. И если крупные накопители достаточно хорошо изучены, то более мелкие (количество которых существенно преобладает) функционируют часто без анализа возможных воздействий на окружающую среду и прогнозных оценок влияния накопителя на перспективу.
Подобный прогноз чрезвычайно важен для условий Свердловской области, где техногенные образования находятся, главным образом, в пределах горно-складчатого Урала, характеризующегося развитием слабо- защищенного грунтового горизонта подземных вод зоны региональной трещиноватости палеозойских пород. При недостаточной мощности и неблагоприятной литологии покровных отложений сточные загрязненные воды оказывают отрицательное воздействие, в первую очередь, на него. Это, в свою очередь, может вызвать тотальное загрязнение подземных вод территории.
Для достоверного прогнозирования качества подземных и поверхностных вод и разработки защитных мероприятий, снижающих опасность их загрязнения в районах действующих шламохранилищ, необходимо детальное изучение существующей ситуации на основе комплексной оценки природных и техногенных условий, сложившихся в период длительной эксплуатации шламохранилищ.
Цель исследований – определение и оценка масштабов воздействия малых накопителей сточных вод предприятий черной металлургии на подземные и поверхностные воды.
Идея работы заключается в том, что небольшие накопители сточных вод предприятий черной металлургии расположены в пределах Среднего Урала в сходных условиях, что позволяет создать типовую геофильтрационную модель функционирования подобного накопителя.
Задачи исследований определяются их целевым назначением и включают:
1. Определение степени нарушенности гидродинамического и гидрохимического режимов территорий, прилегающих к накопителям сточных вод.
2. Оценка величины фильтрационных потерь из накопителей сточных вод.
3. Оценка влияния подземного стока территорий накопителей сточных вод на поверхностные воды.
4. Разработка геофильтрационной модели накопителя сточных вод.
Исходный материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положены материалы, собранные автором в период обучения в очной аспирантуре Уральского государственного горного университета в 2003 – 2006 годах и работы в ОХНИР Уральской государственной горно-геологической академии в 2001-2002 гг. В настоящей работе использованы материалы кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ, СОО ОО МАНЭБ, фондовые и производственные материалы по накопителям Ревдинского метизно-металлургического завода (РММЗ) и Нижнетагильского металлургического комбината (НТМК). Исследования проведены с использованием современных методов сбора, обобщения и анализа материалов, моделирования на основе компьютерных технологий.
Научная новизна работы:
- на примере накопителей сточных вод предприятий черной металлургии показано, что на прилегающих территориях, формируется особый гидродинамический и гидрохимический режим;
- изучены объемы и состав загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты от накопителей сточных вод предприятий черной металлургии;
- разработана геофильтрационная модель действующего накопителя сточных вод.
На защиту выносятся следующие научные положения.
1. Состав загрязняющих веществ на территориях, прилегающих к накопителям сточных вод предприятий черной металлургии, определяется составом отходов, складируемых в накопитель, и в первую очередь составом жидкой фазы.
2. Условия формирования загрязнения подземных и поверхностных вод определяются природными (ландшафтные условия, наличие в разрезе пород зоны аэрации слабопроницаемых отложений; глубина залегания подземных вод; литология и фильтрационные свойства пород, перекрывающих водоносный горизонт) и техногенными (условия складирования, количество жидких отходов, состав фильтрата, наличие противофильтрационного экрана) факторами.
3. Накопители сточных вод предприятий черной металлургии Свердловской области близки по своим характеристикам, что позволяет создать их геофильтрационную модель, которую можно использовать на других объектах Среднего Урала, находящихся в схожих условиях.
Практическая значимость работы заключается в том, что в результате выполненных исследований определены состав, параметры и характеристики техногенного загрязнения территорий, прилегающих к накопителям сточных вод предприятий черной металлургии. Эти данные в дальнейшем можно использовать для оценки экономического ущерба окружающей среде и принятия управленческих решений.
Личный вклад автора. Лично автором или при его непосредственном участии были выполнены:
постановка задач исследований;
анализ опубликованных и фондовых источников по природным условиям Среднего Урала;
исследование последствий эксплуатации накопителей металлургических заводов на Среднем Урале, включая непосредственное участие в полевых и камеральных работах по оценке геоэкологической обстановки в районах размещения накопителей;
разработка геофильтрационной модели функционирования накопителя.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объёмом корректного фактического материала, использованием результатов исследований на накопителях ОАО «Святогор».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Молодёжной научно-практической конференции «Уральская горнопромышленная декада» (2002, 2003, 2005, 2007 гг., Екатеринбург), на научных чтениях имени профессора Н.И.Толстихина «Х Толстихинские чтения» (2002, Санкт-Петербург), конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (2003, Екатеринбург), совещании «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование» (2008, Оренбург).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 печатных работ, в т.ч. 2 статьи в издании из перечня ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения общим объёмом 125 страниц машинописного текста, содержит 28 таблиц, 22 иллюстрации и список литературы из 81 наименования.
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, д-ру геол.-минерал. наук, заведующему кафедрой гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии О.Н. Грязнову, д-ру геол.-минерал. наук А.И. Семячкову за помощь, оказанную при сборе материалов, доценту, канд. Геол.-минерал. наук Л.П. Парфеновой за помощь при сборе, обработке материалов и подготовке диссертации.
