Исследование влияния инженерных сооружений на экологию криолитзоны Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Бутюгин, Н.В. Мелихова, A.C. Яржемский, 2007

УДК 502/504

В.В. Бутюгин, Н.В. Мелихова, A.C. Яржемский

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ЭКОЛОГИЮ КРИОЛИТЗОНЫ

Трассы трубопроводов гидротранспорта продуктов и отходов производства обогатительных и металлургических предприятий рассматриваются как источник техногенного воздействия на природную среду. Проведена количественная оценка степени загрязнения природной среды.

В ряду инженерных сооружений Норильского промышленного района (НПР), оказывающих негативное влияние на природную среду, трассы трубопроводов гидротранспорта (ГТ) продуктов и отходов производства обогатительных и металлургических предприятий имеют определенные особенности. Их влияние, как источника техногенного воздействия, происходит через утечки транспортируемого материала вследствие порыва труб и попадания его на прилегающую территорию.

К настоящему времени накоплен значительный опыт, связанный со оценкой изменения природной среды в результате техногенного воздействия [1-3]. Однако широкого применения в НПР он не нашел.

В качестве комплексного подхода к оценке произошедших изменений в природной среде предлагается рассмотреть взаимодействие инженерных сооружений и природной среды представленной в виде инженерногеоэкологической системы (ИГЭС).

Система представляется многокомпонентной, динамичной структурой, объединяющей во взаимодействии входящих в нее элементов и характеризующаяся теми или иными изменениями естественного хода развития в результате материального и энергетического обмена между техногенными и природными составляющими (рис. 1).

Из схемы видно, что основным фактором, определяющим устойчивость природной среды вдоль трассы, являются технологическая и объектовая составляющие инженерно-геоэкологической системы (насыпь, трубопроводы и транспортируемый материал). Они нарушают рельеф местности, температурный режим грунтов основания насыпи и режим поверхностных вод (табл. 1).

Магистрали гидротранспорта на своем пути пересекают практически все существующие ландшафты территории Норильского промышленного района с присущими им особенностями геологического строения, растительности, гидрогеологических и геокриологических условий. Воздействие трубопроводов на окружающую среду происходит из-за порывов трубопроводов (рис. 2). Из приведенной диаграммы, составленной на основании годовых наблюдений, просматривается высокая частота порывов, через которые на прилегающую территорию вытекает транспортируемый материал.

Рис. 1. Схема инженерно-геоэкологической системы

Таблица 1

Характеристика инженерной составляющей гидротранспорта

Характеристика ПНС-1 - ПНС-2 ПНС-2 - НМЗ НОФ-УФМК

Протяженность трубопроводов 20,0 км 10,0 км 7,4 км

Высота насыпи 6 и более метров Свайное основание Свайное основание

Характеристика трубопровода девять ниток стальных труб диаметром 273 мм стальные трубопроводы диаметром 273 стальные трубопроводы диаметром 273 мм

Транспортируемый материал никелевый, пирро-тиновый и медный концентрат и отвальные хвосты медный и никелевый концентрат медный и никелевый концентрат, оборотная вода

Объем транспорта- ~ 1700 м3/час или 400-500 м3/час руемого материала 3000 м3/час

Примечание. Характеристика трассы приводится по следующим участкам: 1) отрезок от ПНС-1 до ПНС-2 (промплощадка Талнахской обогатительной фабрики - промплощадка медного завода); 2) ПНС-2 - НМЗ (промплощадка Надеждинского металлургического завода); 3) НОФ-УФМК (Норильская обогатительная фабрика - участок фильтрации медного концентрата)

Исследования природной среды с целью оценки ее изменения в результате воздействия гидротранспорта проводились по трассе Талнахская обогатительная фабрика - медный завод. Для анализа были отобраны пробы снега, поверхностных вод на содержание макро- и микрокомпа-нентов, был осуществлен рентгено-

спектральный анализ образцов почв и растений.

Пробы снега отбирались в период снеготаяния (июнь). Места отбора проб выбирались в соответствии с рельефом трассы: одна часть из них отбиралась из участков интенсивного снегонакопления, другая - наоборот, в местах слабого снежного покрова.

Рис. 2. Общее количество порывов на трубопроводах

их уровень, и, соответственно, уро-

Таблица 2

Результаты анализов пробы снега

Место отбо-

Содержание макрокомпонентов мг/дм

ра пробы НСОз 8042- С1- ^ + К+ Са2+ Мд2+

ПК21 29,34 17,63 4,32 3,78 2,41 0,5

ПК42 13,24 25,36 8,67 16,32 10,14 1,7

ПК73 37,31 29,43 7,41 13,56 9,78 0,9

ПК96 31,42 20,16 8,59 12,76 6,37 1,14

ПК140 53,41 21,63 6,47 14,27 9,34 1,28

ПК167 49,68 29,31 6,12 12,39 7,31 1,82

Результаты анализов приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что наблюдается общее, хотя и нечетко выраженное, увеличение минерализации снеговых вод при приближении к территории медного завода. На отдельных участках трассы встречаются очаги повышенной и пониженной минерализации.

Это позволяет сделать вывод, что трассы гидротранспорта нарушили естественные условия снегораспре-деления на прилегающей к нему территории. В весеннее время их влияние распространяется на режим поверхностных вод (озер), повышая

вень грунтовых вод и через этот фактор угнетающе воздействуют на растения, произрастающие на их берегах.

Отбор проб из водоемов проводился по следующей методике: пробы отбирались из небольших непроточных озер, водоемов, расположенных в местах ранее произошедших аварий, а также на хорошо дренированных территориях. Пробы отбирались по разные стороны насыпи (табл. 3).

Анализ содержания макрокомпонентов в водоемах в районе ПК 38 показывает, что содержание ионов тяжелых металлов с левой стороны насыпи значительно выше, чем с правой.

Таблица 3

Содержание в поверхностных водах макрокомпонентов

Место отбора

Содержание макрокомпонентов, мг/дм3

пробы НСО3- Б042- С1- ^ + к+ Са2+ Мд2+

ПК38

л. 53,4 201,3 9,4 24,3 46,4 7,9

п. 56,7 192,4 12,1 20,9 43,8 3,8

ПК128 л. 49,1м 54,1 272,6 29,4 44,6 87,9 29,4

п. 48,4м 63,4 248,7 34,2 51,2 69,7 26,7

ПК140

л. 37,9м 73,2 429,3 42,1 51,2 67,4 47,2

п. 37,6м 61,9 512,0 39,4 46,7 72,1 52,4

Примечание: л - левая сторона насыпи; п - правая.

Таблица 4

Содержание в поверхностных водах микрокомпонентов

Место отбора Содержание микрокомпонентов, мг/дм3

проб № Си Со Zn

ПК38 л. 0,014 0,013 0,001 0,01

п. 0,017 0,010 0,001 0,012

ПК128 л. 49,1м 0,024 0,011 0,003 0,005

п. 48,4м 0,019 0,015 0,01 0,003

ПК140 л. 37,9м 0,032 0,035 0,008 0,001

п. 37,6м 0,041 0,037 0,015 0,012

Основная причина в том, что ГТ нарушил естественный сток, с левой стороны насыпи образовались непроточные водоемы. Кроме того, наблюдается увеличение минерализации в водоемах находящихся с левой стороны насыпи трубопроводов, особенно в зонах затрудненного водообмена. Это привело к уменьшению проточности естественных водотоков и формированию зон затрудненного водообмена и непроточных озер.

Насыпь также влияет на повышение концентрации химических элементов в этих зонах, поступающих сюда с газо-пылевыми выбросами

предприятий комбината и аварийными утечками из трубопроводов. В табл. 4 представлены результаты по-луколичественного анализа.

При анализе концентраций микрокомпонентов на пикете (ПК38), повышенное содержание микроэлементов никеля, цинка отмечается с правой стороны насыпи. Таким образом, насыпь влияет на формирование сернокислых ландшафтов вдоль трасс. При этом увеличивается миграционная способность большинства химических элементов, особенно тяжелых металлов Си, N1, Со.

В табл. 5 приводятся данные рентгеноспектрального анализа образцов

Таблица 5

Содержание микрокомпонентов в почвах, растениях и растительном покрове

Образцы Верхний горизонт почвы Кора мертвой лиственницы Кора живой лиственницы Мох зеленый Лишай- ник

Металлы Содержание (вес. %)

Си 0,018 -- 0,146 0,206 0,169

N1 0,008 - 0,034 0,111 0,096

Со 0,003 - 0,002 0,001 0,002

Си 0,054 0,254 0,131 0,312 н.о.

N1 0,020 0,013 0,043 0,024

Со 0,001 0,001 0,001 0,002

Примечание: н. о.- не обнаружено, прочерк - нет данных

■Си

■№

■Со

* <0

Я “

£ ° о ^

* с

* <0

Рис. 3. Изменение процентного содержания металлов в образцах в направлении медный завод - Талнахская обогатительная фабрика

почв и растений, отобранных между Норильском и Талнахом: профиль через Норильско-Рыбинскую депрессию в северо-восточном направлении от медного завода (16,8 км) по трассе гидротранспорта (выделено курсивом). Полученные данные сравнивались с данными, приведенные в [4]. При отборе проб придерживались тех же расстояний, что и в указанной работе.

Сравнивая результаты ранее проведенных работ и данные настоящих исследований и наблюдений можно отметить, что зона загрязнения тяже-

лыми металлами значительно увеличилась.

Аварии на трубопроводах на некоторых участках привели к формированию специфических микроформ рельефа и полному уничтожению растительности.

На рис. 3 показано количественное увеличение тяжелых металлов за период отбора проб, осуществленных С.П. Горшковым [4], до настоящего времени.

Сравнивая результаты ранее проведенных работ и данные настоящих

исследований и наблюдений можно отметить, что зона загрязнения тяжелыми металлами значительно увеличилась.

Выводы

1. Предложена схема взаимодействия природных и техногенных объектов и показано их взаимовлияние.

2. Показано влияние инженерных сооружений на примере трасс

1. Габбасова И.М., Хазиев Ф.Х., Сулейманов P.P. Оценка состояния почв с давними сроками загрязнения сырой нефтью после биологической рекультивации. // Почвоведение, 2002, №10, с. 12591273.

2. Терещенко H.H., Лушников С.В., Пышьева Е.В. Рекультивация нефтезаг-рязненных почв.// Экология и горнопромышленность Росссии, М., 2002, № 10. с. 17-20.

гидротранспорта на формирование окружающего ландшафта. Установлены причинно-следственные связи загрязнения прилегающих территорий.

3. Установлено, что с увеличением срока эксплуатации трубопроводов содержание вредных компонентов в почвах, водоемах и растениях увеличивается.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Сергеев В.А., Шулаева Р.В. Очистка и восстановление нефтезагрязнен-ных грунтов на нефтепромысловых объектах.// Сборник обзорной информации. «Проблемы окружающей среды и природных ресурсов». - 2002. - № 11. -С. 58-61.

4. Горшков С.П. Концептуальные основы геоэкологии. Учебное пособие.- Смоленск.: Изд-во Смоленского гуманитарного университета, 1998. - 448 с.

— Коротко об авторах-----------------------------------------------------------

Бутюгин В.В., Мелихова Н.В. - Норильский индустриальный институт,

Яржемский А. С. - Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет).