CC BY
83
------------------------------------------- © В.В. Бутюгин, Е.А. Гулан,
2005
УДК 622.831/622.8
В.В. Бутюгин, Е.А. Гулан
ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ХВОСТОХРАНИЛИЩ В НОРИЛЬСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ РАЙОНЕ
Семинар № 8
Яорильский территориально-про-
мышленный комплекс является крупнейшей техногенной системой Заполярья и наиболее активным источником загрязнений Арктики и в то же время относится к особой категории потенциальной природной устойчивости - с низкой биологической продуктивностью, слабой способностью к самоочистке от продуктов техногенеза (100-150 лет) и активным проявлением посткриогенных разрушительных процессов. Ежегодные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют около 2 млн т; сбросы сточных вод - более 200 млн м3. В результате такого интенсивного техногенного воздействия в пределах промышленного комплекса и на прилегающих к нему территориях уничтожены и повреждены сотни гектаров почв и растительности, экосистемы ряда малых рек и озер полностью деградировали и потеряли свое рыбохозяйственное значение. В ряду объектов, оказывающих негативное воздействие на геологическую среду, накопители продуктов и отходов производства, обогатительных и металлургических предприятий, а также гидротранспорт имеют определенные особенности, причем последний, как источник техногенного воздействия, до последнего времени находился в стороне от решения основных региональных экологических проблем Норильского района.
Хвостохранилище "Лебяжье " расположено на озерно-аллювиальной равнине в пределах междуречья рек Щучья и Купец и предназначено для приема и складирования хвостов и организации емкости оборотного водоснабжения. Оно включает в себя ограждающую намывную дамбу, пруд для осветленной воды, систему трубопроводов для транспортировки пульпы, намыва сооружения и обеспечения оборотного водоснабжения.
Высота ограждающей дамбы составляет ~ 16 м, площадь накопителя равна 4,3 км2, объем заскладированных отходов в настоящее время составляет более 80 млн м3 при проектной емкости ~170 млн м3, объем воды в отстойном прудке ~ 5 млн м3.
Хвостохранилище №1 расположено в основании г. Шмидта, в настоящее время для складирования отходов не используется, но используется в качестве резервной емкости оборотного водоснабжения. Высота сооружения составляет около 50 м, объем заскладированных отходов —160 млн м3.
Хвостохранилище НМЗ расположено в долине р. Буровая и служит для складирования высокотоксичных отходов гидрометаллургического производства. Сооружение включает в себя русловую плотину высотой 38 м, с проти-вофильтрационным экраном из полиэтилена и цементационной завесой в основании. В хво-стохранилище заскладировано ~ 21 млн м3 хвостов и содержится — 9 млн. м3 воды.
Гидротранспорт. Протяженность трубопроводов гидротранспорта продуктов и отходов обогащения руд Норильских месторождений составляет более 50 км. За время эксплуатации на них происходили аварии, связанные и с климатическими условиями и с технологическими просчетами, в результате которых часть материала, транспортируемого по трубам, поступала на естественный рельеф, уничтожая почвенно-раститель-ный покров, загрязняя поверхностные и подземные воды.
К основным негативным последствиям строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений и гидротранспорта относятся: изменение естественного рельефа, деградация вечномерзлых грунтов, нарушение режимов поверхностных и подземных вод; фильтрация техногенных вод из отстойников; загрязнение атмосферы пылящими пляжами, сухими отко-
сами дамб и вредными испарениями с поверхности водоемов; аварии на гидротранспорте.
Взаимодействие инженерных сооружений и геологической среды рассматривается нами в рамках инженерно-геоэкологической системы (ИГЭС) - многокомпонентной, динамичной структуры, существующей в неразрывной связи и взаимодействии слагающих ее элементов и характеризующейся теми или иными изменениями естественного хода развития и обмена веществом, энергией и информацией между техногенными и природными комплексами. Все структурные единицы ИГЭС взаимосвязаны, поэтому без учета и всестороннего изучения этих связей невозможно обеспечить ни эффективность инженерной составляющей, ни
Таблица 1
Классификация нарушений и загрязнений
необходимого уровня качества природной среды. При этом на первое место выступают вопросы обоснования видов нарушений геологической среды и критериев оценки степени техногенного воздействия.
Как известно, взаимодействие между структурными единицами ИГЭС осуществляется посредством технологических процессов и отношений, при этом из природной среды изымаются вещества и энергия, которые используются в инженерной структуре ИГЭС непосредственно или в измененном виде. Отходы производства, попадая в окружающую среду, включаются в общий круговорот веществ в природе, или же накапливаются в ней, изменяя ее естественное состояние и свойства и прояв-
Класс воздей- ствия Тип нарушений Признаки Вид за-грязне-ний Признаки
« О Геомеха- нический Изменение рельефа, строительство плотин и дамб, планировочные работы, устройство насыпей, изменение температурного и напряженно-деформированного состояния грунтов, складирование пород и отходов производства т.д. І 8-« Утечки из трубопроводов на земли, складирование мусора, металлолома и т.д. Может увеличиваться из-за миграции загрязняющих веществ.
Гидроди- намичес- кий Изменение русел водотоков, повышение или понижение уровня поверхностных и подземных вод. »р| 1 - Аварийное поступление техногенных вод хвостохранилищ и пульпы в водоносные горизонты и поверхностные водотоки.
Аэроди- намиче- ский Изменение характера движения воздушных потоков, изменение характера снегонакоплений. Аэро- воздуш- ный Пыление пляжей, строительные, ремонтные и транспортные работы.
С Биомор- фологиче- ский Снятие почвенно-растительного покрова, расчистка площадок под строительство, оборудование временных сооружений на ненарушенных землях. Биоло- гиче- ский Угнетение растительности, появление новых видов
Геомеха- нический Подтопление и химическое загрязнение почв берегов водоемов. Лито- сфер- ный Вторичное загрязнение от строительного мусора.
« 3 д д < и о и си О о с о Гидроди- намиче- ский Формирование техногенного режима поверхностных и подземных вод. Гидро- сфер- ный Смыв загрязняющих веществ с откосов плотины и строительных отходов и поступление в водоносные горизонты и поверхностные водотоки (распространяется на большие расстояния).
Аэроди- намиче- ский Скопление снега ведет к перераспределению химического загрязнения, при таянии способствует разбавлению техногенных вод. Аэро- воздуш- ный Привнос с осадками дополнительных загрязняющих веществ.
Биомор- фологиче- ский Загрязнение почвенно-растительного слоя, в результате подтопления берегов водоемов. Биоло- гиче- ский Появление новых и приспособление существующих фитоценозов к новым условиям обитания
ляясь в нетрадиционных для геоэкологической структуры процессах и явлениях. Поэтому при анализе взаимосвязей производства и природной среды необходимо выделить непосредственно процесс взаимодействия, который можно назвать инженерно-геоэколо-гическим, и его результат - продукт, при экономической оценке которого должны учитываться качественные и количественные изменения компонентов геологической среды.
Обмен веществом и энергией между компонентами ИГЭС сопровождается определенными количественными и качественными изменениями, как в инженерных, так и в геоэкологических структурах. При этом оценка окружающей среды предполагает сравнение ее состояния с определенными экологическими нормативами. С этих позиций взаимодействие основных компонентов ИГЭС (технологического процесса и природной среды) определяется двумя формами - влияние и воздействие.
Источники воздействия на природную среду мы разделили на два вида: а) мероприятия по строительству и оборудованию инженерных сооружений; б) непосредственно эксплуатация, включающая аварии и их ликвидацию. При этом в первом случае преобладающими являются нарушения, а во втором - загрязнения геологической среды. Несмотря на очевид-
ность проявления техногенного воздействия сооружений хвостохранилищ и гидротранспорта в виде нарушений и загрязнений, границу между ними провести достаточно сложно без классификации типов и видов негативных действий и выделения основных признаков их характеризующих. К тому же следует отметить, что каждый тип воздействия может быть прямым и опосредованным. Если прямое воздействие классифицируется достаточно просто -по последствиям строительства и эксплуатации объекта, то опосредованное действие сооружения не всегда столь очевидно в первое время, и может проявиться тогда, когда его уже никто не ожидает. В соответствии с этими положениями, нами разработана предварительная классификация нарушений и загрязнений, отмеченных в районах хвостохранилищ и трасс гидротранспорта (табл. 1).
На основании вышеизложенных принципов была составлена оценочно-прогноз-ная инженерно-геоэкологическая модель гидротехнических сооружений и трасс гидротранспорта. Мы назвали ее инженерногеоэкологической, чтобы еще раз подчеркнуть неразрывную связь, в формировании экологической обстановки района инженерных сооружений хвостохранилища и компонентов геологической среды.
Таблица 2
Геоэкологическая модель степени нарушенности геологической среды
Степень нарушенности геологической среды Индекс нарушенности Компоненты геологической среды
Рельеф Растительность Почвы Поверхностные воды Подземные воды Грунты
м и * е Р Качество Режим Качество Свойства Тепловое состояние
Максимально Высокая IX 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Очень Высокая VIII 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Высокая VII 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Очень значительная VI 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Значительная V 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Умеренная IV 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Слабая III 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Незначительная II 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Очень незначительная I 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Таблица 3
Критерии измененности элементов геологической среды
Компоненты геологической среды Степень измененности
Высокая Средняя Низкая
Растительность Полное уничтожение Угнетение, смена видов Практически не изменена
Почвы Загрязнение >ПДК по особо опасным компонентам Загрязнение >ПДК по не опасным компонентам Загрязнение ниже ПДК
Рельеф Полное изменение естественного рельефа Насыпи, выемки по высоте не превышающие естественные формы рельефа Практически не изменен
Поверхностные воды (качество) Загрязнение >ПДК по особо опасным компонентам Загрязнение >ПДК по не опасным компонентам Загрязнение ниже ПДК
Поверхностные воды (режим) Формирование застойных зон Трансформирован насыпями или планировкой Практически не изменен
Подземные воды (качество) Загрязнение >ПДК по особо опасным компонентам Загрязнение >ПДК по не опасным компонентам Загрязнение ниже ПДК
Подземные воды (режим) Полное изменение Изменен, за счет увеличения-уменьшения глубины СТС Практически не изменен
Грунты (свойства) Полное изменение свойств Изменение из-за загрязнения (засоление) Практически не изменены
Грунты (тепловое состояние) Полное оттаивание Изменение глубины СТС и среднегодовой температуры Практически не изменены
ется степень нарушенности этих компонентов (табл. 2).
Представленная выше модель реализована в виде инженерно-геоэкологической карты, составленной с использованием топографической основы масштаба 1:10 000. В соответствии с общепринятыми положениями построения карт такой направленности, данная карта является светоформной, Повышение или понижение нарушенности в пределах одной зоны осуществляется с помощью индекса нарушенности. Для отражения поэлементной измененности геологической среды используются циклограммы, представляющие собой специальный условный знак (круг, разделенный на девять секторов, соответственно для каждой компоненты геологической среды), в котором цветом сектора показана нарушенность элемента, а цифрой обозначен сам элемент (табл. 2). Природные и антропогенные процессы и явления обозначаются соответствующими условными знаками.
Покомпонентная оценка степени нарушен-ности геологической среды осуществляется с помощью специальных критериев. В табл. 3 представлены признаки, по которым природные элементы относятся к той или иной степени измененности.
В соответствии с разработанными положениями нами была составлена оценочно-
Непосредственно модель представляет со-Фрагмент инженерно-геоэкологической карты
бой таблицу - решетку. В горизонтальных рядах представлены элементы геологической среды - рельеф, растительность, почвы, поверхностные и подземные воды, грунтовые толщи, каждому элементу присвоен свой порядковый номер. В вертикальных столбцах да-
прогнозная карта степени нарушенности геологической среды от хвостохранилища НМЗ, до Талнахской и Норильской обогатительных фабрик, фрагмент которой приведен на рисунке.
Как показано на рисунке, территория, прилегающая к хвостохранилищу, характеризуется высокой степенью нарушенности практически всех природных компонентов. Представленный вид модели имеет практическое значение, т.к. отражает
совокупность инженерных сооружений хво-стохранилища и компоненты геологической среды в непосредственном взаимодействии. Послойное наложение изменений ситуаций, как в техническом состоянии объекта, так и последующей реакции геологической среды, позволяет не только проследить развитие негативных процессов, но и планировать мероприятия по повышению безопасности эксплуатации хвостохранилища и охране окружающей территории, т.е. геологической среды.
— Коротко об авторах ---------------------------------
Бутюгин В.В., Гулан Е.А. — Норильский индустриальный институт.
------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специаль- ность Ученая степень
всероссийский научно-исследовательский институт геологических, ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И ГЕОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ (ВНИИгеосистем)
ХАУСТОВ Михаил Герасимович Методика детального анализа волновых пакетов упругих волн и повышения точности оценки их характеристик при акустическом каротаже 2з.00.Іб к. т. н.
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РАН»
ХАРЧЕНКО Анна Викторовна Разработка методики прогнозирования на-рушенности и свойств углепородного массива при сейсмопросвечивании выемочных столбов 2з.00.20 к. т. н
