CC BY
16
© Е.А. Ельчанинов, В.И. Коннов, С.А. Кабанов, 2012
УДК 504
Е.А. Ельчанинов, В.И. Коннов, С.А. Кабанов
МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА РЕК ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗОЛОТА В ИХ РУСЛАХ И ПОЙМАХ
Изучен гидрологический режим малых рек Восточного Забайкалья и установлена необходимость учета фазности внутригодового стока рек в расчетах нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ при поступлении в них сточных вод, образующихся на объектах разработки месторождений россыпного золота. Предложены метод определения расчетного расхода воды водотока для разработки нормативов допустимых сбросов вредных веществ в реки и способ регулирования расходов воды и концентраций взвешенных веществ в руслоотводном канале при отведении водотока от границ россыпных месторождений золота в условиях Восточного Забайкалья.
Ключевые слова: малые реки, нормативы допустимых сбросов, месторождения золота.
Основными направлениями зашиты и рационального использования водных ресурсов в на-стояшее время являются разработка и внедрение водосберегаюших технологий и замкнутых (бессточных) систем водоснабжения промышленных предприятий. Для достижения указанных целей актуально внедрение в практику перспективных методов очистки сточных вод, базируюшихся на научно-технических достижениях в области инженерной зашиты окру-жаюшей среды. Большое разнообразие загрязнителей сточных вод, а также методов, применяемых для их очистки, усложняют поиск оптимальных вариантов при выборе технических решений (технологических схем и аппаратов) в конкретных случаях. Поиск таких методов не может быть успешным без знания и понимания основных закономерностей природных процессов, антропогенных факторов, влияюших на экологическое состояние водных объектов.
Решение проблемы сохранения качества пресных вод, удовлетворяюше-го питьевому водопользованию, приобретает все большее значение. Расчет нормативов допустимых сбросов (НДС) вешеств выполняется по «Методике разработки нормативов допустимых сбросов вешеств и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей», введенной в действие в 2007 году [1]. Авторами методики рекомендуется проводить дополнительные исследования для учета региональных особенностей при разработке НДС вешеств и микроорганизмов, поступаюших в водные объекты со сточными водами предприятий, населенных пунктов.
В связи с этим была поставлена цель исследований: изучить природно-климатические условия, основные антропогенные факторы в Восточном Забайкалье, выявить закономерности, которые необходимо будет учитывать при усовершенствовании методики разработки нормативов допустимых
сбросов (НДС) веществ с учетом региональных особенностей. Знание региональных закономерностей применить для разработки методов и способов оценки и регулирования качества воды малых рек.
Природно-климатические условия Восточного Забайкалья непосредственно формируют расходы воды рек. Эта гидрологическая характеристика является одним из основных параметров в методике разработки нормативов сбросов загрязняющих веществ. Поэтому был исследован гидрологический режим рек: многолетнее и внутригодовое распределение стока с целью определения расчетного периода и назначения расчетного расхода воды водотоков, учитываемого в разбавлении сточных вод речными [2].
К основным антропогенным факторам в Восточном Забайкалье отнесена добыча полезных ископаемых открытым способом, так как наибольшее воздействие на почвы, водные объекты и, в меньшей мере, на атмосферный воздух оказывает именно она, в частности, отработка россыпных месторождений золота открытым способом.
Чаще всего, сброс сточных вод в малые реки и гидротехническое строительство в их руслах осуществляется в теплое время года, то есть в период открытого русла. Колебания расходов воды малых рек разных гидрологических районов Забайкалья ярко показывают не только сезонные изменения стока, но и изменения по гидрологическим фазам. Наиболее опасным периодом поступления сточных вод в речные является фаза межени, в течение которой наблюдаются наименьшие расходы воды в реке. Именно в это время происходит загрязнение рек сточными водами предприятий. Межень является характерной фазой для малых рек Вос-
точного Забайкалья в отличие от рек других регионов России. Меженные периоды отмечаются в маловодные, средние по водности и многоводные периоды и различаются лишь длительностью прохождения.
Учитывая резкое изменение режима речного стока в разные фазы внутри года, для правильного определения величины расчетного расхода воды в реке был опробирован метод компоновки, позволяющий оценить реальное внутригодовое распределение стока воды водотока в условиях Восточного Забайкалья [3]. В соответствии с названным методом расчет ведется по водохозяйственным годам. Для этого необходимо разбить год на лимитирующий сезон, нелими-тируюший сезон (вместе составляющие лимитирующий период) и нели-митируюший период.
В условиях Восточного Забайкалья к лимитирующему сезону (для расчета условий сброса сточных вод) можно отнести сезон летней межени. В зимний период в большинстве случаев малые реки перемерзают и сброс неочищенных сточных вод в них запрещен. Выделяются основные границы летней межени, соответствующие различным типам водности лет (табл. 1).
Был проведен анализ по данным многолетних наблюдений за расходами воды малых рр. Хилкотой, Аса и Блудная, расположенных в Байкальском и Амурском водных бассейнах Забайкальского края. Особое внимание уделяется качеству воды рек бассейна оз. Байкал, для сохранения которого принят Федеральный Закон «Об охране озера Байкал» № 94-ФЗ.
Ряд экологических проблем и угроз уникальной экосистеме озера Байкал — жемчужине Всемирного природного наследия, связан с качеством (и количеством) вод его бассейна, который в пределах Российской
Федерации затрагивает территории четырёх её субъектов: Иркутской области, Забайкальского края, Республики Бурятия и Республики Тыва.
Трансграничным компонентом водосборного бассейна озера Байкал является бассейн р. Селенги, расположенный в пределах Бурятии, Монголии и, в незначительном фрагменте, — в пределах Тывы [4].
Таким образом, исследование гидрологического режима малых рек Забайкальского края выполнялось для многоводного, среднего по водности и маловодного периодов.
Анализ полученных данных показывает, что для летне-осеннего периода характерны три основных сезона межени - майская, июньская и июльская. Анализ числа меженей в разные годы, их продолжительность и среднемеженные расходы позволили выбрать в качестве лимитирующего сезона два месяца - июнь и июль.
Лимитирующим периодом назначен период лето-осень, включающий период с июня по октябрь. Нелими-тирующим периодом можно принять период зима-весна (с ноября по май). На основании этого предложена следующая методика расчета расхода воды 95 %-ной обеспеченности как по сезонам, так и внутри них (по декадам, пентадам).
Производится разбивка исходных данных на водохозяйственные годы.
Выполняется расчет межсезонного распределения стока. Определяются суммы стока за лимитирующий период, лимитирующий сезон и год, а также модульные коэффициенты К, (К-1) и (К-1)2. С помощью (К-1) проверяются вычисления: сумма К — 1 = 0.
Выделяются группы водности лет (многоводные Р<33 %, средней водности 33 <Р<66 %, маловодные Р>66 %).
Выполняется расчет внутрисезон-ного распределения стока для маловодной группы лет.
Определяются основные параметры аналитической кривой обеспеченности (норма стока 0ср, коэффициент вариации Су, коэффициент асимметрии Сэ биномиальным или трехпара-метрическим методами).
Определяются расчетные расходы по месяцам (декадам, пентадам).
Выполняется построение расчетного гидрографа стока.
По расчетному гидрографу выбирается расчетный расход воды реки 095 % обеспеченности при сбросе в нее сточных вод (минимальный сред-недекадный, среднепентадный за лимитирующий сезон) [5].
В табл. 2 приводятся результаты расчета расходов воды 095 % обеспеченности для трех рек Восточного Забайкалья.
Таким образом, в расчетах нормативов НДС загрязняющих веществ за расчетный расход воды в малых реках в условиях Забайкалья принимается расход, который превышает реальный (фактический) расход воды от 13 % до 40,5 %. Это приводит к искусственному загрязнению воды малых рек в период межени.
При отработке золотоносных россыпей, производстве различных видов работ в руслах рек (строительство дорог, мостов, гидротехническое строительство и т.д.) чаще всего приходится отводить водоток по русло-отводному каналу от места расположения объекта строительства. При значительных размерах канала и больших расходах воды в нем происходит интенсивный вынос взвешенных веществ в ненарушенную нижележащую часть русла реки. Это приводит к загрязнению водотока взвешенными веществами в контрольном створе реки. Вторым предлагаемым
Таблица 1
Границы летней меженн в годы с различными типами водности
Тип водности I период межени II период ме- III период ме-
года жени жени
начало окончание начало окон- начало окон-
чание чание
Многоводные годы (Р<33 %) 18.05 27.06 8.06 16.07 11.07 31.07
Годы средней водности 15.05 28.06 5.06 3.08 9.07 30.08
(33<Р<66 %)
Маловодные годы (Р>66 %) 7.05 26.06 1.06 9.08 22.07 5.09
Границы меженных периодов 7.05 — 28.06 1.06 — - 9.08 9.07 — - 5.09
Таблица 2
Сравнение расчетных расходов воды малых рек, полученных по существующей и по рекомендуемой методикам
Методика расчета Расчетный расход % обеспеченности малых рек Байкальского
расхода и Амурского бассейнов
Расчетный расход во- Расчетный расход Расчетный расход
ды р. Хилкотой воды р. Аса воды р. Блудная
Q95 %, м /с Q95 %, м /с Q95 %, м /с
Существующая ме- 4,15 7,10 1,78
тодика
Рекомендуемая 2,47 5,75 1,55
методика
путем снижения антропогенной нагрузки на реки является регулирование расходов воды и концентраций взвешенных веществ в руслоотвод-ном канале. Автором предложен способ, позволяющий не только контролировать содержание взвесей в расчетном створе водотока, поступающих со сточными водами при отработке россыпных месторождений золота, но и регулировать его, с учетом фактического и прогнозируемого состояний экологического резерва при искусственном изменении русел малых рек Восточного Забайкалья.
При решении этой задачи ставилось условие - исключение превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) взвешенных веществ в контрольном створе водотока, а также нормативов допустимых сбросов (НДС) при отводе речного потока по руслоотводному каналу с учетом его
смешения (разбавления) в нижележащей ненарушенной части реки в меженный период года при производстве работ непосредственно в русле реки.
Предлагаемый способ прост в исполнении и исключает прямоточный способ водоснабжения проектируемого объекта, запрещенный к использованию «Правилами охраны поверхностных вод» и являющийся нерациональным способом использования водных ресурсов [6]. Затраты, необходимые для строительства сооружений, в предлагаемом способе будут минимальными по сравнению со способами, предусматривающими проектирование и строительство специальных сооружений для очистки воды от взвешенных частиц.
Предлагаемый способ позволяет выполнять любые виды работ в русле реки (строительство мостов, пе-
реездов, гидротехнических сооружений, добыча полезных ископаемых и др.) без нарушения нормативных требований к качеству воды в контрольном створе водотока после отведения речного потока по русло-отводному каналу. На разработанный способ получен патент на изобретение [7].
Сущность способа заключается в следующем. Отведение речного потока в руслоотводной канал осуществляется поэтапно в подготовительный период. В этот период строительные работы в русле реки не ведутся. При полном перекрытии русла реки струенаправляющей дамбой и отведении всего потока в руслоотводной канал, проложенный в неоднородных грунтах, будет происходить размыв его дна и откосов. Взвешенные наносы определенного диаметра будут выноситься потоком из канала (процесс самоотмостки) и загрязнять воды реки. Для устранения этого явления предлагается выполнять поэтапный пропуск расходов воды (от минимального до расчетного) по руслоотвод-ному каналу с проведением контроля качества воды по взвешенным веществам в контрольном створе водотока на каждом этапе.
К первому этапу промывки рус-лоотводного канала приступают после выполнения расчета, в котором устанавливают пропускаемые расходы на каждом этапе. Эти расходы назначаются такими, чтобы в контрольном створе реки не произошло превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) взвешенных веществ. В канале выдерживается скорость потока превышающая не-заиляющую. Регулирование расходов на водозаборном узле выполняется поднятием затвора на необходимую высоту, которая устанавливается по водомерной рейке. Для вы-
полнения таких расчетов предлагается методика.
Первый этап выполняется в меженный (маловодный) теплый период года, когда проще всего осуществляется частичное перекрытие русла реки с целью создания подпора и направления части речного потока через водозаборное сооружение в рус-лоотводной канал. Конструкция водозаборного сооружения назначается с учетом выполнения условий наименьших затрат на его строительство и возможности регулирования и пропуска заданных расходов воды в рус-лоотводной канал.
Контроль качества воды производится отбором проб воды на химические анализы в контрольном створе в начале, середине и конце каждого этапа. Концом первого этапа будет являться момент, в котором концентрация взвешенных веществ в отобранной пробе воды будет меньше установленной для них ПДК.
На каждом этапе с помощью поднятия затвора на необходимую высоту на водозаборном сооружении по руслоотводному каналу пропускается такой максимальный расход, при котором в расчетном (контрольном) створе на водотоке концентрация взвешенных веществ не превышает ПДК. На каждом последующем этапе расход воды увеличивается, изменяются гидравлические элементы потока и должно соблюдаться то же условие - не превышение ПДК взвешенных веществ в контрольном створе водотока.
На последнем этапе по каналу должен быть пропущен расчетный расход воды, который назначается в зависимости от класса сооружения и срока его службы по СНиП 2.06.01— 86 «Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирова-
Сбор опубликованных исходных данных по экологическому состоянию малых рек
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ МАЛЫХ РЕК
Метод расчета НДС загрязняющих веществ, учитывающий закономерность цикличности и фазности распределения стока малых рек
Метод регулирования расходов и концентраций
взвешенных частиц в контрольном створе рек
¿ь
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ МАЛЫХ РЕК
Влияние горного производства на состояние малых рек
Влияние сельскохозяйственного производства на состояние малых рек
Классификация
этапов, видов работ и форм их воздействия на реки
Л
Использование полученных функциональных зависимостей
£Ь
МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ НДС ВЕЩЕСТВ И МИКРООРГАНИЗМОВ В ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ ДЛЯ ВОДОПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ (УТОЧНЕННАЯ)
ЗАЩИТА МАЛЫХ РЕК ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ
{Г
X
КАТАЛОГ типовых мероприятий и инженерных средств защиты малых рек от загрязнения сточными водами горного производства
/Г
л
КАТАЛОГ типовых мероприятий и инженерных средств защиты малых рек от загрязнения сточными водами агросистем
предотвращенный экологическим ущерб
Рис. 1. Основные элементы методологии оценки экологического состояния малых рек и их защиты от влияния горного производства и агросистем
ния». Последний этап проводится в паводок, расход которого больше на 10 % расчетного. На этом этапе завершается полное перекрытие русла реки струенаправляющей дамбой. После выполнения последнего этапа приступают к производству работ в русле реки.
Таким образом, использование предложенных методов позволяет
уточнить НДС взвешенных веществ в реки Восточного Забайкалья.
В результате исследований основных природных и антропогенных факторов, влияющих в большей мере на гидрохимический и гидрологический режимы водотоков в суровых природно-климатических условиях Восточного Забайкалья разработана методология оценки экологического
состояния малых рек и их защиты от влияния горного производства и аг-росистем.
Основными элементами методологии являются:
• закономерность циклического распределения многолетнего и внут-рисезонного стока малых рек, предопределяющая необходимость выполнения расчета НДС загрязняющих веществ, поступающих в водоток со сточными водами горного производства, для каждого цикла отдельно в условиях Восточного Забайкалья;
• закономерность изменения гидрохимического режима сточных вод с
полигинов и агросистем по сезонам вегетационного периода;
• методы расчета лимитов сбросов взвешенных веществ в водные объекты горнодобывающими предприятиями, учитывающие технологию горных работ и использующие классификацию этапов работ и формы их воздействия на малые реки, позволяющую устанавливать расчетные периоды для разработки нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ в водотоки в условиях Восточного Забайкалья.
На рис. 1 показаны основные элементы методологии.
1. Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей. - М.: 2007.- 113 с.
2. Беркович К.М. Географический анализ антропогенных изменений русловых процессов / К.М. Беркович. — М.: ГЕОС, 2001. - С. 17 — 68.
3. Клибашев К.П. Гидрологические расчеты / К.П. Клибашев, И.Ф. Горошков. — Л.: Гидрометеоиздат, 1970. — 460 с.
4. Мир Байкала. - 2009. - № 4 (24). - С. 74-76.
5. Коннов, В.И. Экологическая оценка и мероприятия по защите от загрязнения ма-
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
лых рек Восточного Забайкалья / В.И. Коннов. - Чита: ЧитГУ, 2006. - 126 с.
6. Правила охраны поверхностных вод (типовые положения). — М.: ГЕОС, 1991. — 34 с.
7. Пат. 2334841 Российская Федерация, МПК7 Е02В 3/02 (2006.01). Способ регулирования расходов воды и концентраций взвешенных частиц в руслоотводном канале / Каргопольцев С.К., Коннов В.И.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС) (Ш). — № 2006126301/03(028539); заявл. 19.07.06; опубл. 27.09.08, Бюл. № 27. - 10 с. 1Ш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Андрейко С.С. — доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией «Геотехнологические процессы и рудничная газодинамика», e-mail: [email protected],
Лялина Т.А. — инженер лаборатории «Геотехнологические процессы и рудничная газодинамика», e-mail: [email protected], Горный институт Уральского отделения РАН
