Изменение стока малых рек Восточного Забайкалья при добыче россыпного золота Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© Е.А. Ельчанинов, В.И. Коннов, P.A. Михайлов, 2013

УДК 504:913 (57)

Е.А. Ельчанинов, В.И. Коннов, Р.А. Михайлов

ИЗМЕНЕНИЕ СТОКА МАЛЫХ РЕК ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ ПРИ ДОБЫЧЕ РОССЫПНОГО ЗОЛОТА

Приведены результаты исследования изменения гидрологического режима малых рек Восточного Забайкалья при отработке россыпных месторождений золота в их руслах и поймах.

Ключевые слова: разработка россыпных месторождений золота, малые реки, гидрологический режим рек, уклоны рек.

В Восточном Забайкалье, в частности Забайкальском крае, основное влияние на малые реки оказывает горнодобывающая промышленность. Подавляющее количество разведанных месторождений золота, свинца, серебра, угля, олова, других редких металлов располагаются в долинах малых и средних рек. На территории Забайкальского края учтено около 350 россыпных и рудных месторождений золота.

Месторождения россыпного золота занимают пойменную и русловую части рек. Вскрышными работами нарушаются плодородные пойменные земли, режим поверхностных вод. В дождевые паводки с отвалов и нарушенных площадей в реки выносятся взвешенные частицы, увеличивая их содержание в контрольных створах водотоков при смешении с загрязненным стоком, поступающим по русло-отводным каналам. Строительство гидротехнических сооружений, дорог, мостов, добыча полезных ископаемых в ряде случаев выполняется непосредственно в руслах рек. В зависимости от выполняемых объемов работ, длины линейных сооружений или месторождений полезных ископаемых происходит изменение гидро-116

логического и гидрохимического режимов рек, что в свою очередь отрицательно сказывается на рыбопродуктивности водных объектов.

Распространенным нарушением природоохранного законодательства у старательских артелей является превышение ПДК взвешенных веществ в водах, сбрасываемых из отстойников в водотоки [1—4]. Загрязнение рек происходит не только под влиянием деятельности человека, но и под воздействием природно-климатических факторов характерных для Читинской области.

С целью изучения основных факторов, вызывающих загрязнение малых рек взвешенными веществами при искусственном изменении их русел в условиях Восточного Забайкалья, были исследованы участки малых рек, на которых ведется отработка россыпных месторождений золота. К основным факторам, влияющим на поступление твердого стока в реки, относятся летне-осенние дождевые паводки, значительные уклоны рек и легкий механический состав грунтов [5, 6].

В качестве объекта исследований были взяты малые водотоки, в некоторой части которых производилась, производится или проектируется отработка

Таблица 1

Уклоны малых рек Байкальского бассейна на территории Забайкальского края

Название реки Куда впадает (в главную реку) Верхний участок Средний участок Нижний участок

Длина, км Разница отметок, м Уклон Длина, км Разница отметок, м Уклон Длина, км Разница отметок, м Уклон

Аса (Аца) Никой 1 35,0 0,035 45 186,3 0,0041 39 46,9 0,0012

Правая Грмячка Никой 1,5 83,8 0,056 11 294,2 0,027 2,5 65,5 0,026

Левая Грмячка Никой 3,5 211,0 0,060 6 188,7 0,031 6,5 154,8 0,024

Долентуй Никой 1,5 120,0 0,08 10 280,0 0,028 6,5 93,4 0,0143

Выезжая Никой 2 40,0 0,02 12 188,0 0,016 12 112,0 0,0093

Солон-цовая Никой 3 105,0 0,035 17 192,6 0,011 15 95,0 0,0063

Урлук Никой 1,5 110,0 0,073 27 304,7 0,011 25,5 142,0 0,006

Тарбагатай Хилок 2 60,0 0,03 7 160,0 0,023 7 125,6 0,018

Хилкотой Катанца 2 90,0 0,045 64 560,8 0,0087 24 187,2 0,0078

Ямаровка Никой 3,5 248,0 0,071 7 171,0 0,024 5,5 111,3 0,020

Нарымка Никой 3 137 0,046 7 205,3 0,029 6 124,8 0,021

Афонькина Никой 1,5 100,0 0,066 9 252,0 0,028 8,5 101,9 0,012

Таблица 2

Результаты анализа уклонов участков исследуемых малых рек

Количество рек, бассейн Количество участков рек и их уклоны

Верхние участки горного типа Средние участки предгорного типа Нижние участки равнинного типа

Уклон 1 >0,05, диаметр грунта <1>50 мм Уклон 0,001 < 1 <0,05, диаметр грунта 1«1<50 мм Уклон i <0,001 диаметр грунта d<l мм

20 рек Амурского бассейна 12 рек Байкальского бассейна 9 рек Ленского бассейна 4 6 8 14 6 1 1

открытых месторождений россыпного золота, а речной поток отводится по руслоотводному каналу [7]. В Забайкальском крае формируются воды трех крупных водных бассейнов Сибири и Дальнего Востока: Амурского, Ленского и Байкальского. В Амурском бассейне (на него приходится около 55 % от площади области) выделено 20 малых рек длиной от 10 до 120 км, в Ленском бассейне (30,4 %о от площади области) — 9 малых рек длиной от 19 до 48 км и в Байкальском бассейне (13,3 % от площади области) — 12 малых рек длиной от 15 до 90 км.

В результате анализа уклонов верхнего, среднего и нижнего участков водотоков Ленского и Байкальского бассейнов установлено, что их верхний участок в подавляющем большинстве случаев относится по классификации к горным участкам рек. Этот тип характеризуется средним уклоном, превышающим 0,05, донные наносы представлены валун-но-галечниковым гравелистым материалом (средний диаметр более 50 мм) [8]. К таким рекам в Ленском бассейне из 9 исследованных водотоков относятся 8, в Байкальском - из12 исследованных 6. В Амурском бассейне лишь 4 реки из 20 исследованных в верхнем течении имеют уклон более 0,05. В качестве примера в табл. 1 и 2 приведены результаты исследования уклонов участков рек Байкальского бассейна.

Средние и нижние участки изучаемых рек имеют уклон водной поверхности, лежащий в пределах 0,001 — 0,05, и лишь две реки в нижнем течении (Амурского и Ленского бассейнов) имеют уклоны менее 0,001. Участки рек с уклонами от 0,001 до 0,05 относятся к предгорным участкам. Донные

наносы на таких участках сложены гравелисто-галечниково-песчаными материалами (средний диаметр изменяется от 1 до 30 мм) [9].

Для установления изменения стока малых рек при отработке россыпных месторождений золота были выполнены исследования гидрологического режима р. Багдарин - с. Багдарин по методу аналогий, рекомендуемому СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик» [10]. Для использования метода аналогии были подобраны реки-аналоги р. Чина — прииск Троицкий и р. М. Амалат — с. М. Амалат, бассейны которых находятся рядом с бассейном р. Багдарин в сходных физико-географических условиях. В табл. 3 приводится характеристика бассейнов исследуемых рек. Бассейны рек-аналогов не нарушены отработкой месторождений и сток этих водотоков является естественным за весь период наблюдений. Отработка россыпи на р. Багдарин велась дражным способом. Площади бассейнов рек Багдарин, Чина и М. Амалат соответственно равны 280 км2, 448 км2 и 1170 км2, средние высоты бассейнов соответственно 1240 м, 1440 м и 1210 м. Период наблюдений за стоком рек ведется: р. Багдарин — п. Багдарин — с 1959 г.; р. Чина — прииск Троицкий — с 1958 г.; р. М. Амалат — с. М. Амалат — с 1959 г. Общий срок наблюдений равен 46 годам. Исходные данные для расчетов получены в За-байкалгидрометеоцентре.

Примечания: длина реки, указанная в числителе, измерена от истока до рассматриваемого створа, в знаменателе - от наиболее удаленной точки речной системы до рассматриваемого створа; среднемноголетние данные по максимальному расходу воды приве-

Таблица 3

Характеристика бассейнов исследуемых рек

Река -пункт Длина реки до створа, км Залесен- ность, % Заболоченность, % Средний уклон реки, 0/оо Среднемноголетние данные по расходу воды, м3/с

Средневзвешенный уклон реки, 0/оо среднегодовой максимальный минимальный за 30 суток

р. Багда- 30 80 0 19,8 1,51 70,1 0,90

рин -с. 30 12,1 184,0

Багдарин

р. Чина - 39 50 <5 4,0 3,38 83,3 1,94

пр-к Тро- 39 2,1 244,0

ицкий

р.М. Ама- 49 85 <5 12,9 5,71 178,0 2,87

лат - с.М. 54 11,2 419,0

Амалат

Рис. 1. Связь интегральных значений стока р. Багдарин - с. Багдарин и р. Чина -прииск Троицкий: а - среднегодовой сток, б - минимальный 30-суточный сток, в - максимальный сток

дены в числителе в период по 1980 г., л л

в знаменателе - по 1995 г. ^ Q = /(^ Qa) (1)

Оценка изменений стока р. Багда- ,=1 ¡=1

рин под влиянием хозяйственной дея- где Q и Qa— расходы р. Багдарин и

тельности выполнялась по зависимости: рек-аналогов соответственно.

Рис. 2. Связь интегральных значений стока р. Багдарин - с. Багдарин и р. Малый Амалат — с. Малый Амалат: а - среднегодовой сток, б - минимальный 30-суточный сток, в - максимальный сток

i Оч

а)

б)

160 140 120 100 80 60 40 20 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

i оч

I О,

0

в)

90 80 70 60 50 40 30

М .А. 20 10 0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0

I 0М.А.

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000 6400 6800

Ч

М . А

Рис. 3. Связь интегральных значений стока р. Чина — прииск Троицкий и р. Малый Амалат - с. Малый Амалат: а - среднегодовой сток, б - минимальный 30-суточный сток, в - максимальный сток

На рис. 1 и 2 приведены графики связи среднегодовых, максимальных и минимальных 30-суточных расходов воды р. Багдарин и рек-аналогов, которые показывают, что в конце 70-х гг. происходит изменение стока р. Багдарин, в то же время связь между реками-аналогами остается без изменений (рис. 3).

Для более точного определения даты начала нарушений водного режима был использован статистический метод анализа.

За каждый год рассчитывалась разница рассматриваемых характеристик исследуемой реки и реки-аналога Д = Q - Qa (2)

Для получения ряда значений Д путем последовательного расчета отыскивалась статистика ^.

= Т -оТ + (п - Т) • ст2

-Т '

(3)

где оТ =

и о„ т =

I (Д, -Д)2

Т -1

i ( д - д)2

средние квад-

(п - Т) - 1

ратические отклонения первой и второй частей ряда; п — общее число членов ряда; Т — длина ряда до точки перелома, ориентировочно найденной по интегральному графику связи.

Моменту нарушений будет соответствовать минимальное значение статистики ZT.

Как показали расчеты, для среднегодового и минимального 30-суточного стоков датой начала изменений является 1979 год, сток начал уменьшаться. За период с 1979 по 1992 гг. уменьшение составило: для среднегодового стока, примерно 21,5 %, для минимального - около 60 %.

Максимальный сток с 1976 по 1977 гг. начал увеличиваться в среднем на 25 %, а затем, после 1984 — 1985 гг., появилась тенденция к его уменьшению и сближению с естественной прямой связи.

В результате выполненных исследований получены следующие выводы.

1. В результате анализа уклонов верхнего, среднего и нижнего участков водотоков Денского и Байкальского бассейнов установлено, что их верхний участок в подавляющем большинстве случаев относится по классификации к горным участкам рек.

Средние и нижние участки изучаемых рек имеют уклон водной поверхности, лежащий в пределах 0,001 — 0,05, и лишь две реки в нижнем течении (Амурского и Денского бассейнов) имеют уклоны менее 0,001 (предгорные участки рек).

2. Соблюдение природоохранных требований, строительство руслоот-водных каналов в таких условиях имеют свои сложности. К ним относятся удорожание работ, вызванное увеличением объемов земляных работ, строительство сопрягающих и регулирующих сооружений на каналах, крепление дна и откосов каналов. Из-за стесненных условий трассирование поворотов каналов не удается выполнить с расчетным радиусом кривизны, что вызывает отжим потока и отложение мели за выпуклым берегом. В паводки происходит вторичное загрязнение реки взвешенными веществами.

3. Для исключения загрязнения водного объекта взвешенными веществами, выносимыми потоком в процессе самоотмостки руслоотводного канала в начальный период его эксплуатации, предлагается использовать следующие методы:

1

- поэтапную промывку руслоот-водного канала такими расходами воды, при которых в расчетном створе на водотоке концентрация взвешенных веществ не будет превышать предельно допустимую (ПДК);

- проектирование нижней части руслоотводного канала с условием аккумуляции наносов;

- строительство наносоперехваты-вающих сооружений по трассе русло-отводного канала.

Для первого способа разработана методика, позволяющая прогнозировать режим твердого стока в процессе самоотмостки руслоотводного канала

1. Денисов В. В., Гутенев В. В., Лучан-ская И. А. Экология. - М.: Вузовская книга, 2002. — 726 с.

2. Алексеевский Н. И., Сидорчук А. Ю. Ускоренная эрозия в нарушенных горными работами ландшафтах (на примере бассейнов рек Омолоя и Яны) // Экологические проблемы эрозии почв и русловых процессов. — М., МГУ, 1992. — С. 11-18.

3. Алексеевский Н. И., Чалов Р. С. Перемещение твёрдого вещества водными потоками, их руслоформирующая деятельность и формы проявления // Труды Академии проблем водохозяйственных наук. — М., МГУ, 2001. — Вып. 7. — С. 41-48.

4. Карасев М. С., Гарцман Б. И. Прогноз антропогенной динамики русловых процессов малых и средних рек Приморского края в условиях хозяйственного освоения их долин. -Владивосток, Дальнаука, 2002. — 48 с.

5. Ибад-Заде Ю. А. Гидравлика горных рек: (Русловые и гидроморфологические расчёты). — М.: Стройиздат, 1986. — 160 с.

6. Малые реки России (использование, регулирование, охрана, методы водохозяйст-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

в начальный период его эксплуатации с учетом требований «Правил охраны поверхностных вод» (не превышение ПДК взвешенных веществ в контрольном створе водотока на любом этапе промывки канала вплоть до пропуска по каналу расчетного расхода воды).

4. На основании проведенного исследования можно сделать общий вывод о том, что сток малых рек, на которых ведется отработка месторождений, изменяется. Среднегодовой и минимальный 30-суточный стоки уменьшаются, соответственно на 21,5 % и 60 %. Максимальный сток -увеличивается на 25 %.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

венных расчетов) / под. ред. А.М.Черняева. — Свердловск: Сред. — Урал. кн. изд-во, 1988. — 320 с.

7. Штеренлихт Д. В., Полад-Заде А. П., Степанов А. А. Морфометрия русел крупных оросительных каналов // Тезисы докладов Третьей Всесоюзной конференции «Динамика и термика водохранилищ и окраинных морей». — М., 1989. — Т. 1. — С. 271-273.

8. Коротаев В. Н. Морфодинамика водотоков западной части дельты Волги // Труды Академии проблем водохозяйственных наук. — М., МГУ, 2003. — Вып. 9. — С. 123-139.

9. Артамонов К.Ф., Крошкин А. Н., Талмаза В. Ф. Основные принципы теории руслового процесса устойчивых русел горных рек // Динамика и термика рек и водохранилищ. — М., Наука, 1984. — С. 139-144.

10. Коннов В. И. Экологическая оценка и мероприятия по защите от загрязнения малых рек Восточного Забайкалья: научное издание. - Чита: ЧитГУ, 2006. — 126 с. ЕЕ

Ельчанинов Евгений Александрович — доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, рпет@ШБти@

Коннов Василий Иванович — кандидат технических наук, доцент, декан заочного факультета, konnov@zab.megalink.ru, Михайлов Роман Александрович — аспирант,

Забайкальский институт железнодорожного транспорта филиал «Иркутский государственный университет путей сообщения».