Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. История исследований процессов взаимодействия техногенных систем с природным комплексом 11
1.1. Техногенные системы горнорудных объектов 11
1.2. Техногенные системы и источники водоснабжения 19
Выводы по главе 1 23
ГЛАВА 2. Методы исследований 26
2.1. Общие положения 26
2.2. Построение гидрогеоэкологических карт 32
2.3. Оценка воздействия горнорудного предприятия на геологическую среду 35
2.4. Научно-методические основы создания технических средств защиты водохозяйственных объектов 41
Выводы но главе 2 53
ГЛАВА 3. Природные условия размещения техногенных систем и технических средств защиты 55
3.1. Физико-географическая характеристика территории 55
3.2. Геологическое строение 68
3.2.1. Стратиграфия 70
3.2.2. Магматизм 77
3.2.3. Тектоника 78
3.2.4. Полезные ископаемые 83
3.3. Гидролого-гидрогеологическая характеристика района . 87
3.3.1. Деятельность рек 87
3.3.2. Особенности гидрогеологических условий 89
3.3.3. Водный баланс 92
Выводы по главе 3 93
ГДАВА 4. Теоретические основы исследований и оценка состояния водохозяйственных объектов . 94
4.1. Особенности формирования поверхностных вод 94
4.2. О качестве воды Ириклинского водохранилища 99
4.3. Подземные воды района и их качество 109
4.3.1. Гидрогеологические условия в прибережной зоне Ириклинского водохранилища 113
4.3.2. Оценка возможности использования подземных вод
палеозоя для водоснабжения 121
4.3.3. Аллювиальный водоносный горизонт и возможности его использования для водоснабжения 130
4.4. Техногенное воздействие на водохозяйственные объекты и гидросферу 133
4.4.1. Источники загрязнения окружающей среды 133
4.4.2. Сточные воды горнорудного предприятия 141
4.4.3. Результаты исследования водных вытяжек 149
4.5. Типизации территории по уязвимости к загрязнению 157
Выводы по главе 4 172
ГЛАВА 5. Рекомендации по созданию технических средств защиты водохозяйственных объектов 174
5.1. Научно-методическое обоснование мероприятий по совершенствованию природопользования в горнорудных районах 174
5.2. Об эффектах геохимического и гидродинамического барьеров в связи с их технологическим освоением 178
5.2.1. Геохимические барьеры 178
5.2.2. Гидродинамические барьеры 185
5.3. Существующие комплексные гидродинамические и геохимические барьеры 188
5.4. Разработка новых способов и устройств на основе использования принципа комплексного гидродинамического и геохимического барьера 197
5.5. О системе мониторинга в горнорудном районе 214
Выводы по главе 5 218
Заключение 222
Библиографический список
- Техногенные системы горнорудных объектов
- Оценка воздействия горнорудного предприятия на геологическую среду
- Физико-географическая характеристика территории
- Особенности формирования поверхностных вод
Введение к работе
Актуальность работы. Гайский горнорудный район с крупнейшим в мире медно-колчеданным месторождением и горно-обогатительным комбинатом расположен на востоке Оренбургской области, в бассейне р. Урал. Под влиянием процессов техногенеза здесь сформировалась своеобразная геологическая среда (ГС). Процессы техногенеза при добыче и обогащении руд ведут к загрязнению окружающей среды (ОС) сернокислыми соединениями тяжелых металлов в зоне влияния Гайского ГОКа. При этом активизируются негативные геологические процессы (оползни, осыпи, оврагообразование на бортах карьеров и по берегам водоемов), преобразуется рельеф и формируются опустыненные, сернокислотные ландшафты. Происходят метаморфизация и загрязнение поверхностных и подземных вод. Вокруг карьеров увеличиваются площади депрессионных воронок. Воды р.Урал участками содержат тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, имеют высокий коли-индекс, цветут и непригодны для ведения рыбного хозяйства. Поэтому разработка специальных технических средств защиты и перехода к управлению качеством водохозяйственных объектов очень актуальны.
Цель работы: изучить условия развития техногенеза в горнорудном районе и разработать технические средства защиты водохозяйственных объектов и мероприятия по минимизации техногенной нагрузки.
Решались следующие задачи:
1. Исследовать и оценить интенсивность развития процессов
техногенеза, построить схему типизации территории по уязвимости к
загрязнению.
2. Уточнить классификацию геохимических и гидродинамических
барьеров.
Разработать геотехнические системы (способы и устройства) для локализации негативного воздействия источников загрязнения на гидросферу.
Использовать особенности проявления барьерного принципа при решении задач хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Объект исследований: гидросфера и водохозяйственные объекты горнорудного района.
Предмет исследований: процессы техногенной трансформации поверхностных и подземных вод в горнорудном районе.
Фактический материал, положенный в основу работы, получен в процессе обучения на архитектурно-строительном факультете Оренбургского государственного университета и в аспирантуре под руководством профессора А.Я. Гаева (2000-^2006 гг.). Материал собран в фондах ОГУ, в территориальных фондах и по литературным источникам. В работе использовано более 1000 анализов проб природных и сточных вод, почв, грунтов, отвалов горных пород, шламов и шлаков. Анализы выполнены в отделе геоэкологии Оренбургского НЦ УрО РАН, в лабораториях Минприроды, Гаиского ГОКа и Института электрохимии УрО РАН, В водах определялись: гидрокарбонаты, карбонаты, сульфаты, хлор, нитриты, нитраты, кремнекислота, натрий, калий, кальций, магний, жесткость, минерализация, а также аммоний, алюминий, марганец, селен, окисляемость, нефтепродукты, величины рН и Eh. Применялись методы приближенно-количественного спектрального и атомно-абсорбционного анализов. Определялись: железо, никель, кобальт, хром, медь, цинк, свинец, мышьяк, молибден, марганец и ртуть.
Выполнены полевые исследования, экспериментальные работы и обобщение материалов, а также моделирование участков гидросферы. Разработаны 2 патента и 1 заявка с номером госрегистрации. На основе идей В.Д. Бабушкина, А.И. Перельмана, А.Я. Гаева разработан барьерный принцип и обоснованы следующие защищаемые положения.
Теоретические основы геоэкологических исследований горнорудных районов, позволяющие минимизировать техногенную нагрузку на геологическую среду и оптимизировать применение технических средств защиты водохозяйственных объектов.
Установка совмещенного вертикального и горизонтального дренажа для локализации загрязненных флюидов от источников загрязнения, расположенных на водораздельных пространствах, позволяющая предотвратить их негативное воздействие на водохозяйственные объекты и получить воды питьевого качества.
Устройства барьерного типа для локализации загрязняющих веществ перед водозаборами подземных вод и источниками загрязнения, позволяющие сохранить водохозяйственные объекты от загрязнения и зарастания озерной растительностью.
Научная новизна:
Разработаны вопросы теории взаимодействия природного комплекса с техническими системами на основе применения качественных и количественных методов оценки техногенного воздействия объектов горнорудной промышленности на геологическую среду, реализованные в виде схем типизации территории по уязвимости к загрязнению и уточненной классификации гидродинамических и геохимических барьеров. Эти теоретические основы обеспечивают минимизацию техногенной нагрузки, особенно при размещении устройств барьерного типа среди активных в физико-химическом отношении пород с повышенным содержанием карбонатного материала: известняков, гипербазитов и базитов. Здесь эффективность комплексных барьеров усиливается, и формируются природно-техногенный и техногенно-природный типы барьеров, Сернокислые воды при взаимодействии с ними подвергаются нейтрализации и самоочищению от тяжелых металлов.
Установка совмещенного вертикального и горизонтального дренажа представляет собой новый геотехнический способ перехвата потоков
8 загрязненных флюидов, движущихся от источников загрязнения, расположенных на водоразделах к водохозяйственным объектам по овражному аллювию. Она способна перехватить и локализовать загрязненный поток на всю мощность его развития и тем самым предотвратить загрязнение водохозяйственных объектов от источников загрязнения, расположенных на водосборных пространствах.
3. Разработан принципиально новый подтип техногенно-природного
барьера (Патент на полезную модель № 55382, зарегистрирован 10.08.06).
Установлено, что такого типа технические средства защиты гидросферы
наиболее эффективны при размещении их среди известняков, гипербазитов и
базитов, где могут формироваться и барьеры природно-техногенного типа.
4. Созданное техническое устройство защиты водохозяйственных
объектов от источников загрязнения, расположенных на водоразделах, в
совокупности с комплексными техногенно-природными барьерами
позволяют локализовать и нейтрализовать негативное воздействие
загрязнения как в непосредственной близости от источников, так и
непосредственно перед водохозяйственными объектами. Кондиционные
воды питьевого качества в горнорудных районах в условиях интенсивного
развития процессов техногенеза возможно получить в зонах сосредоточения
аллювиальных, трещинно-грунтовых и трещинно-карстовых вод на основе
применения барьерного принципа в комплексе с разработанными
техническими средствами и с использованием методов восполнения ресурсов
пресных подземных вод.
Практическая значимость работы.
1. Детализированная автором классификация барьеров применительно к горнорудным районам позволяет системно осуществлять мероприятия по минимизации техногенной нагрузки на водохозяйственные объекты за счет более целенаправленных разработок природоохранных мероприятий на стадии проектирования геосистем и технических средств защиты водохозяйственных объектов.
2. Созданная установка совмещенного вертикального и горизонтального
дренажа обеспечивает перехват потоков загрязненных флюидов, стекающих
от источников загрязнения, расположенных на водораздельных и
водосборных пространствах, включая нижнюю часть потока, которая
другими средствами не локализуется (получен патент на полезную модель №
47914, зарегистрированную 10.09.05).
3. Разработанное устройство барьерного типа для локализации
загрязняющих веществ перед водозабором подземных вод, относящееся к
новому подтипу техногенно-природного барьера, обеспечивает более
надежную локализацию загрязняющих веществ перед водохозяйственными
объектами по сравнению с имеющимися техническими средствами за счет
совмещения эффектов геохимического барьера с гидравлическим замком
гидродинамического барьера (получен патент на полезную модель № 55382
от 10.08.06).
4. При совместной работе установки вертикального и горизонтального
дренажа с комплексными барьерами возрастает эффективность локализации
загрязняющих веществ и обеспечивается снижение техногенной нагрузки на
водохозяйственные объекты и гидросферу как со стороны источников
загрязнения, расположенных на водоразделах, так и непосредственно перед
водохозяйственными объектами. В совокупности они также стимулируют
процессы самоочищения вод и позволяют обеспечить население
горнорудных районов экологически чистой питьевой водой.
5. Внедрение разработанного автором устройства геохимического
барьера для очистки термальных вод теплоэлектростанций позволит
предотвратить зарастание крупнейшего на Урале Ириклинского
водохранилища озерной растительностью и сохранить качество водных
ресурсов от теплового и биологического загрязнения (заявка № 2006119106
от 31.05.06).
Апробация результатов работы. Положения диссертации докладывались и представлялись на международных, всероссийских и
10 региональных научно-практических конференциях: по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды (Томск, 2004, 2006), в Оренбургском госуниверситете (2004, 2006) и Оренбургском государственном педагогическом университете (2006), в Волжском университете им. Татищева (2006), в ЕНИ Пермского госуниверситета (2005), во ВНИИГе им. Б.Е. Веденеева, СПб (2006), в Московском строительном госуниверситете (2006), на конференциях МАНЭБ в СПб (2005) и в Омске (2006), на седьмом конгрессе «ЭКВАТЭК» в Москве (2006), на совещании по подземным водам востока России, Иркутск (2006).
По теме диссертации имеются 15 основных публикаций, два патента и одна заявка на изобретение. Результаты исследований внедрены в учебный процесс при разработке и написании учебного пособия, а также в научно-технические разработки для предприятий ОАО «Оренбургэнерго».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, в т.ч. текст - 149 стр., рисунков -53, таблиц - 33. Библиографический список содержит 235 наименований.
Автор благодарен за помощь и консультации сотрудникам и преподавателям архитектурно-строительного факультета ОГУ и отдела оптимизации природопользования и охраны геологической среды Оренбургского научного центра. В оформлении работы автору оказал помощь И.Н. Алферов. Особую признательность автор выражает своему научному руководителю профессору Гаеву Аркадию Яковлевичу за постоянную поддержку в работе и к.г-м.н. Е.Н. Сквалецкому за консультации и предоставление ряда ценных материалов.
Техногенные системы горнорудных объектов
Процессы техногенеза в системе горная порода - газ - живое вещество в бассейне р. Урал исследованы недостаточно. Основной объем изученного материала связан с горными породами. Первые сведения о них и полезных ископаемых Южного Урала относятся к периоду академических экспедиций в конце XVIII - начале XIX вв. В дальнейшем исследованиями здесь занимались А.П. Карпинский, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, Л.С. Либрович, АЛ. Яншин, А.С. Хоментовский и др.
Интерес к Райскому району был вызван наличием Купоросного озера. Оно расположено в сухом русле истока р. Колпачки, правого притока р. Урал. Первые публикации о Купоросном озере относятся к 1902 г. и связаны с его целебными свойствами, для лечения кожных заболеваний.
Систематические исследования в районе начались в 30-х гг. XX века. В 1931 - 1934 гг. изучаются ресурсы минеральных вод Купоросного озера и их бальнеологические свойства И.Л. Рудницким, Б.В. Дроздовой, И.А. Анашкиным и др. До этого А.А. Петренко считал, что грунтовые воды, питающие Купоросное озеро, формируются при размыве квасцовых залежей в третичных глинах. В 1932 г. И.Л. Рудницкий, определив наличие в воде озера меди, высказал мысль о связи озера с колчеданным оруденением. В 1933 г. Н.К. Разумовский, А.В. Хабаков и В.М. Крейтер согласились с этой гипотезой и предположили, что колчеданное оруденение связано с «дайкой кварцевых порфиров» (уточненных в дальнейшем, как кварцевых альбитофиров, обнажающихся в ядре Гайской структуры), расположенной в 2-3 км северо-западнее озера.
В 1934 г. В.Л. Малютин (1955) сделал вывод, что предполагаемое рудное тело находится в пределах контура минерализованных подземных вод. В 1949 г. Е.А. Пислегиной из Южно-Уральского геологического управления оконтурены области распределения серно-кислых вод и выявлено несколько гидрогеохимических аномалий. В 1954 г. при поисковом бурении на одной из них выявлено Южно-Гайское месторождение.
С 1956 г. в районе проводят методические и поисковые геолого-геохимичекие исследования лаборатория региональной гидрогеологии УФ АН СССР (Ковалев и др., 1960, 1964; Черняева и др., 1963), ВСЕГИНГЕО (Бродский, 1954-1957; Воротников, 1962; Голева, 1964; Пищерова, 1957), Московский университет (Глазовская, 1959; Макунина и др., 1957, 1961). Геолого-геохимические методы поисков внедряются в организации Башкирского (Засухин, Логинова, 1963; Павлов, 1959;Терешенко, 1962) и Оренбургского геологических управлений (Герман-Русакова, 1962 и Черняев др.,1962-1965).
Систематические исследования по обоснованию геолого-геохимических методов поисков рудных месторождений проводятся научными институтами и их учеными (А.П. Виноградов, В.В, Щербина, В.Н. Виноградов, В.И. Красников, Н.Н. Гинзбург, А.А. Бродский, Г.А. Голева, Ю.Ю. Бугельский, Е.Е. Белякова, В.Ф. Ковалев, Р.С. Крайнов, A.M. Овчинников, Г.А. Вострокнутов, А.Я. Гаев и др.).
В отчете о разведке Гайского месторождения (1949-1957 гг.) даны расчеты водопритоков в горные выработки и рекомендации по борьбе с ними. Е.И. Токмачев в 1953 г. провел съемку района и установил слабую водоносность мезозойских пород, он дал рекомендации по водоснабжению горно-рудного предприятия за счет аллювиальных вод р. Урал. В 1957-1958 гг. проводится разведка аллювиальных вод р. Урал для Гайского ГОКа Она обеспечила комбинат запасами воды в количестве 67,0 тыс/сут.
Центральным научно-исследовательским геолого-разведочным институтом (ЦНИГРИ) под руководством М.Б. Бородаевской (1956-1973) и институтом геологии УрО РАН под руководством В.А. Прокина (1989-1992), В.В. Зайкова (1989-1992) и др. установлена приуроченность рудных тел к куполовидной структуре, сложенной вулканогенными породами андезитодацитовой формации (D - D gv), залегающей среди терригенных толщ улутауской свиты (D gv). Структура асимметрична - с крутым восточным и более пологим западным крылом. Выделяются Гайская и Калиновская зоны глубинных разломов, контролирующие проявление девонского вулканизма и поствулканических преобразований. В вертикальном разрезе выделяются андезитодацитовая и андезитобазальтовая толщи. Верхняя залегает с размывкой на нижней, а малые интрузии габбро-диабазов и диабазов, фиксируют зоны развития глубинных разломов. Локально развиты зоны гидротермально измененных пород, сопровождаясь и развитием рудной минерализации: серно-колчеданные руды в центре сменяются к периферии медно-колчеданными и затем полиметаллическими.
Н.Н. Мочаловым, Е.С. Туровым и др. на карьере N 1 Гайского ГОКа был выполнен прогноз водопритоков в карьер при глубине карьера 380 м. Водопритоки определены в количестве 5780 м7сут. Выполняются наблюдения за режимом и химическим составом подземных вод, за водопритоками в горные выработки и за устойчивостью бортов карьеров.
М.Б. Бородаевская в 1962-1975 гг. и др. установила четкую зональность в распределении по месторождению основных рудо образующих минералов с размещением в центральной части месторождения в плане и по вертикали серно-колчеданных руд. Облекают их руды медного колчедана, а на периферии отложились медно-цинковые полиметаллические руды.
Оценка воздействия горнорудного предприятия на геологическую среду
Влияние эксплуатации горнорудных предприятий на окружающую среду исследовано с использованием ретроспективного анализа материалов, характеризующих состояние окружающей среды до и в процессе их разработки. Для исследования гидрогеоэкологических процессов и соответствующей структуры района, как уже изложено выше, используются гидрогеоэкологические карты. Геологическая среда при построении комплекса экологических карт и схем типизации расчленяется с выделением вертикальных гидродинамических зон, элементарных геохимических ландшафтов и бассейнов стока. При расчленении массивов изверженных пород с трещинными водами выделены зоны: 1) аэрации, где происходит инфильтрация атмосферных осадков, 2) сезонных и многолетних колебаний уровня фунтовых вод и 3) горизонтальной циркуляции. Воды речных долин образуют бассейны и системы стока с поддолинными потоками подземных вод. Вертикальная ландшафтно-гидрогеологическая зональность синтезирует самые существенные черты исторического развития данной геологической структуры или ее части и лежит в основе гидрогеоэкологического районирования и картирования (Перельман, 1960, 1961; Гаев, 1964, 1989; Смирнов, 1989 и др.). Сочетание определенных химических типов вод в вертикальном разрезе, их последовательность в расположении и мощности соответствующих зон, — все это служит основанием для выделения гидрогеоэкологических районов в пределах соответствующих геологических структур. Использование ландшафтно-гидрогеологических принципов обеспечивает системный подход при исследовании химического стока на основе применения гидролого-гидрогеологических методов, разработанных Б.Н. Куделиным (1954), B.C. Самариной (1958), И.С. Зекцером (1977), В.А.Кирюхиным (1975, 2005), А.Я. Гаевым (1989) и др. Выделяются микро-, мезо- и макробассейны стока. Первые отвечают областям питания и распространения вод зоны аэрации и, частично, сезонных колебаний уровня грунтовых вод: мезо- и макробассейны стока согласуются с областями распространения и разгрузки вод трещинно-жильного типа зоны постоянного горизонтального (местного и регионального) стока (Гаев, 1989).
Бассейны стока согласуются не только с гидродинамическими зонами, по и с элементарными геохимическими ландшафтами (Гаев, 1964, 1969, 1978, 1989). Элювиальным и трансэлювиальным ландшафтам соответствуют повышенные элементы рельефа и микробассейны стока с зоной аэрации. Супераквальные (гидроморфные) ландшафты соответствуют зоне сезонных колебаний уровня грунтовые воды, которые поднимаются здесь до поверхности земли или корнеобитаемого слоя. Понижения рельефа, занятые водоемами, соответствуют площадям распространения вод зоны постоянного горизонтального стока и субаквалъных ландшафтов. К этим ландшафтам и приурочены зоны сосредоточения поверхностных и подземных вод, а также макро- и мезобассейны стока (Кирюхин,1975). С переходом от микро- к мезобассейну стока происходит смена элювиальных и трансэлювиальных (автономных) ландшафтов супераквальными и субаквальиыми (подчиненным по А.И, Перельману). В автономных элювиальных ландшафтах на поверхность выходят коренные породы или их коры выветривания. Делювиальные шлейфы трансэлювиальных ландшафтов и залегающие под ними коренные породы имеют пониженную водоносность и занимают положение выше уровня грунтовых вод. Вниз по профилю к супераквальным ландшафтам рельеф выполаживается, делювиальные глины сменяются илами и мелкозернистыми песками, русловыми фациями. Роль подземного стока возрастает. Водоемы являются резервуарами питания подземных вод. К ним приурочены субаквальные ландшафты, и к ним же приурочены зоны сосредоточения поверхностных и подземных вод.
Итак, ярусность рельефа согласуется с высотной поясностью бассейнов стока и соответствующими элементарными геохимическими ландшафтами. Зоны сосредоточения подземных вод приурочены к субаквальным ландшафтам. С ними связана наибольшая водоносность пород, которая зависит также от диалогических особенностей пород и неотектонического развития территории. Поэтому в качестве основы экологических карт можно использовать элементарные геохимические ландшафты, имея в виду, что им соответствуют определенные гидродинамические зоны и бассейны стока. Методически это очень удобно, так как можно заранее в камеральных условиях построить ландшафтяо-гидрогеологическую основу карты, а в процессе полевых работ ее уточнять. Ландшафтно-гидрогеологическне разрезы, дополняющие карту, характеризуют условия миграции загрязняющих веществ в выделенных на них гидродинамических зонах и районах, отраженных на нашей схеме гидрогеоэкологической типизации территории (см. главу 4). Трудности возникают при опробовании вод в зонах аэрации, сезонных и многолетних колебаний уровня іруптовьіх вод, связанные с весенними и осенними периодами питания.
На картах районов в качестве основных элементов выделяются гидродинамические зоны и элементарные геохимические ландшафты. В комплекс картографических построений при изучении процессов загрязнения геологической среды включаются следующие схемы и карты: - карты состояния и оценки экологической ситуации территории с характеристикой геохимического фона; - схемы типизации территории по устойчивости, защищенности, или уязвимости к загрязнению; - схемы типизации по народнохозяйственной ценности земель и других природных ресурсов;
Физико-географическая характеристика территории
Рельеф Южно-Уральского региона исследовался А.С. Хоментовским (1951), А.Д. Наумовым (1964-1981), В.А. Сиговым (1975) и др. и представлен тремя орографическими областями, которые протягиваются почти меридионально из Башкирии до южных границ Оренбургской области, захватывая на востоке и районы Челябинской области (рис. 3.1). Западная часть региона относится к восточной части Русской равнины и характеризуется столово-эрозионным рельефом. Водораздельные площади с отметками 150-300 м имеют плоские и, реже, выпуклые поверхности, а на останцах возвышенностей (Уфимского плато, Общего Сырта, Бугульминско-Белебеевской) абсолютные отметки возрастают до 500 м.
Собственно уральские горные сооружения представлены почти параллельными меридионально ориентированными хребтами, сложенными наиболее древними протерозойско-палеозойскими по родами изверженного, осадочного и метаморфического происхождения. В зоне сочленения с Русской равниной, то есть в предгорьях Западного склона, развиты преимущественно осадочные породы. В Оренбуржье и Башкирии рельеф горно-складчатого Урала пенепленизирован и представлен приподнятыми плато (Саринским и Уралтау). Они занимают водоразделы рек Зилаир, Сакмара, Губерля и понижаются на юг к Губерлинским горам от 650-700 м до 300-350 м. Долины рек здесь имеют глубину до 100-300 м, а берега их нередко скалистые.
Восточная часть региона является объектом наших исследований, представлена пенепленом восточного склона Урала и приподнятыми равнинами Зауралья. В ее строении принимают участие изверженные, осадочные и метаморфические породы. Пенеплен восточного склона сочленяется с уральскими горными сооружениями через предгорья восточного склона - увалистые возвышенности и хребты Ирендык и Крыкты с абсолютными отметками до 700-900 м и более. Сложены они преимущественно метаморфическими и вулканогенно-осадочными породами.
На поверхности восточного склона Урала развита мощная кора выветривания, а в депрессиях - мезозойские и кайнозойские осадки, обусловившие пестроту химического состава водной фазы геологической среды. Рельеф на восточном склоне равнинно-увалистый с абсолютными отметками, уменьшающимися на восток до 200-300 м. Долины рек достаточно широкие, склоны долин и возвышенности пологие. В целом горные сооружения Южного Урала асимметричны и Урало- Тобольский водораздел смещен поэтому далеко на восток от горных сооружений.
Исследованная в работе территория охватывает часть бассейна реки Урал и долины его правых притоков - рек Колпачка, Елшанка и Губерля, а также У ральско-Гу берлинское междуречье (рис. 3.2). Это междуречье представляет собой слегка всхолмленную и полого наклоненную с востока на запад платообразную равнину. На востоке этой равнины почти по меридиану д.Калиновка вытянута холмистая гряда, занимающая господствующее высотное положение в районе с отметками до 465.6 м; на юге эта цепочка холмов заканчивается в районе Орска, на севере с перерывами прослеживается в Башкирии, постепенно переходя в хребет Ирендык.
По А.П. Сигову (1969), У рал о-Гу берлинское междуречье покрыто мезозойскими отложениями и корами выветривания и классифицируется, как древняя поверхность выравнивания, или мезозойский пенеплен. Холмы Калиновской гряды интерпретируются, как денудационные останцы. Более молодые формы холмогорья наложены на древний рельеф (Наумов, 1972, 1981). Они относятся к антропогену. К западу от Гая в 3 км установлен постепенный переход к мезозойской Таналык-Баймакской эрозионно-тектонической депрессии с молодой долиной р. Сухая Губерля, у которой, выделяется пойма и две надпойменные террасы. Таналык-Баймакская депрессия граничит на юге с Аккермановской, восточнее которой расположена обширная Орская мезозойская депрессия. Ее считают мезозойской палеодолийой Урала, а Таналык-Баймакскую и Аккермановскую депрессии — долиной палео-Губерли. Благодаря позднейшим поднятиям последняя сместилась к западу. Южнее Орска они сливаются.
Особенности формирования поверхностных вод
Речной сток. Для рек района определялись многолетние характеристики, как для естественного режима, так и для техногенно нарушенных условий. Расчетные створы выбирались в местах отбора контрольных проб за состоянием вод и дополнительно в устьях рек для замыкания водосбора и расчета водного баланса.
Территория Гайского ГОКа приурочена к водоразделу и верховьям Колпачки, Елшанки и Сух. Губерли. Это — правые притоки р. Урал. К юго-западу от карьера, на водосборе р. Сух. Губерли территория до 500 га орошается и здесь находится 15 водозаборов. За счет весеннего стока в среднем накапливается 3 6 млн. MJ ДЛЯ восполнения запасов вод в засушливый период года. Летняя и осенне-зимняя межени продолжительные. Часть рек пересыхает и промерзает в эти периоды. Речные долины с крутыми склонами расчленены эрозией на участках древнего пенеплена, особенно в юго-западной части района в пределах Губерлинских гор, сформировавшихся в неоген-четвертичное время. Они окаймляют с юга Саринское плато и имеют высотные отметки от 300 до 400 м.
Характеристика Ириклииского водохранилища. Как уже отмечено выше, для среднего течения р. Урал характерно неравномерное распределение стока в течение года. За весеннее половодье проходит от 60 до 96% годового стока в многолетнем разрезе. Для обеспечения водой Орско-Халиловского металлургического и Гайского горно-обогатительного комбинатов, Ириклинской ГРЭС и Орско-Новотроицкого промузла, создано Ириклинское водохранилище. При этом частично была решена и проблема защиты гг, Орска и Новотроицка от наводнений.
Плотина находится в 75 км севернее г. Орска, у пос. Ириклинский Полный объем водохранилища при НПУ равен 3.26 км , площадь зеркала -260 км , средняя глубина - 12.5 м.
Водохранилище имеет НПУ с отметкой 245 м. Оно регулирует водность р. Урал и способность реки к самоочищению и к ее биологической продуктивности.
Водохранилище окаймлено каменистыми и отвесными берегами, сложенными трещиноватыми породами палеозоя. Пологие склоны берегов не превышают 28% береговой линии. Заовраженность склонов обусловил изрезанность береговой линии. Затопленные речные террасы придают ступенчатый характер ложа водохранилища. Почти 45% площади водоема имеют глубины до 10 м, а 55% - свыше 10 м. В ложе водохранилища много каменистых грунтов, а на затопленных пойменных террасах преобладают размокшие почвы разнообразного механического, химического состава, и консистенции, а частично и песчаные грунты. В озерных затопленных котловинах сосредоточены иловые отложения. В период паводка вода в прибрежной зоне водохранилища становится мутной за счет сноса песчано-глинистого материала в водоем. Ежегодное поступление твердого стока в водохранилище составляет порядка 10-12 тыс.т/год на каждый км береговой линии. Заиление водоема протекает неравномерно, возрастая на широких плесах. Процессы усиливаются за счет размыва берегов, затопленной наземной и водной растительности и отмерших организмов планктона и бентоса. Берега водохранилища, сложенные не прочными породами, быстро разрушаются под воздействием водной и ветровой эрозии. Вода водохранилища является пресной, мягкой, гидрокарбонатной, натриево-кальциевой. Основные биогенные элементы (фосфор, азот, железо, силикаты) характеризуются оптимальным содержанием и обеспечивают продуктивное развитие рыбного и водного хозяйства. Марганец обнаружен в виде следов. Небольшая величина окисляемости воды, и невысокое (менее 0.2 мг/л) содержание железа свидетельствуют об отсутствии глубоко зашедших процессов загрязнения вод и благоприятного для практического использования воды ОВП.
С 1958 г, водохранилище эксплуатируется при постоянном водосливе, что обеспечило сдерживание весеннего паводка. Ежегодно весной водохранилище наполняется и в течение года вода сбрасывается на 4-6 м и используется: - для охлаждения агрегатов Ириклинской ГРЭС мощностью 2400 Мвт (8 агрегатов по 300000 кВт) и для выработки электроэнергии на Ириклинской ГЭС мощностью 30 Мвт; - для регулирования весенних паводков на р. Урал; - для обеспечения водой Орско-Новотроицкого промышленного района, в т.ч. для хозяйственно-питьевого водоснабжения селений на берегу водоема (пос. Ириклинский, Энергетик и др.).
На Ириклинской ГРЭС основная часть воды (87-95%) идет на конденсацию, а остальная на охлаждение масла, пополнение потерь в оборотных циклах, подпитку котлов. Нагретая при этом вода сбрасывается при помощи напорных труб диаметром 1800 мм в отводной канал, а затем прямо в Ириклинское водохранилище без какой-либо подготовки. В результате, температура воды в водоеме повышается на 8-11. Такая масса дополнительного тепла способствует развитию обильной озерной флоры и сине-зеленых водорослей.
Климат территории, прилегающей к Ириклинскому водоему, континентальный с резкой сменой сезонных и суточных температур. Сглаживающее влияние водохранилища на климат сказывается слабо [142, 154, 157]. Годовое количество осадков по многолетним данным составляет 344 мм, но выутригодовой режим крайне непостоянен. Испаряемость составляет 740 мм, превышая количество осадков более чем в 2 раза, Кувл = 0.46, что характерно для степной зоны. По сезонам года осадки распределяются неравномерно. Максимум их приходится на лето, минимум -на зиму. Мощность снежного покрова в марте достигает 20-30 см. Снеготаяние начинается во второй декаде апреля.
