CC BY
33
- Целики шириной 4 м находятся в неустойчивом состоянии при любой фактической высоте очистной камеры.
- Целики шириной 5 и 7 м в целом будут устойчивы.
- Целики шириной 5 м, при их надлежащем оформлении, достаточны для обеспечения устойчивости массива.
- Целики шириной 7 м обеспечивают больший запас прочности массива, но увеличивают потери руды в
целиках.
Таким образом, руднику можно рекомендовать принять междукамерные целики шириной 5 м. Тем не менее стоит отметить, что в кровле и целиках возможны небольшие растягивающие напряжения, которые могут привести к заколообразованию. Поэтому необходимо в целях обеспечения безопасности горных работ проводить мониторинг устойчивого состояния пород кровли камер и своевременную оборку заколов.
Статья поступила 24.02.2015 г.
Библиографический список
1. Влох Н.П., Зубков А.В., Феклистов Ю.Г. Совершенство- ЛУ/ИГД СО АН СССР / рук. Машуков В.И. Новосибирск,
вание метода щелевой разгрузки. Диагностика напряженного состояния породных массивов: сб. тр. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1983. С. 30-35.
2. Решение плоской задачи теории упругости для многосвязных областей. Текст программ 3533965. 0001 - 011201
1981. 57 с.
3. Шуплецов Ю.П. Прочность и деформируемость скальных массивов. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 195 с.
4. Зубков А.В. Геомеханика и геотехнология. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 335 с.
УДК 504.058
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ БОГУЧАНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В РЕЗУЛЬТАТЕ НЕПОЛНОЙ ЛЕСОСВОДКИ НА ТЕРРИТОРИИ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
© С.А. Медведева1, Ю.А. Командирова2, Е.Ю. Панасенкова3
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
В модельных опытах, выполненных в лабораторных условиях, исследованы некоторые показатели качества и количества водных экстрактов неокоркованной древесины сосны и березы, как наиболее представительных пород древесины, затопленных в ложе Богучанского водохранилища на территории Иркутской области. Количество экстрактивных веществ, полученное за счет короткой экстрактивной экспозиции, пересчитанное на объем оставленных в ложе затопления древесины и пней, свидетельствует о том, что они будут опасным пролонгированным источником загрязнения вод Богучанского водохранилища, в том числе биогенными и фенольными компонентами. Согласно категоризации возникающего риска, выраженного через величину эколого-экономического ущерба, необходимы разработка и проведение мероприятий по защите чистоты вод водохранилища. Ключевые слова: моделирование; водохранилище ГЭС; древесина сосны и березы; экстракция; экологический ущерб.
MODELING ENVIRONMENTAL DAMAGE FROM BOGUCHANSKY RESERVOIR WATER CONTAMINATION DUE TO INCOMPLETE DISFORESTING IN THE IRKUTSK REGION S.A. Medvedeva, I.A. Komandirova, E.I. Panasenkova
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Model experiments performed in laboratory conditions have studied some indicators of quality and quantity of water extracts of bark-free pine and birch as the most numerous species of wood submerged in Boguchansky reservoir bed in the Irkutsk region. The quantity of extractives obtained through the short extractive exposure calculated for the amount of wood and stumps left in the reservoir bed suggests that they will become a lasting source of Boguchansky reservoir water dangerous pollution with biogenous and phenolic compounds among others. According to the categorization of emerging risks expressed in terms of the environmental and economic damage it is necessary to develop and implement measures to protect the purity of the reservoir waters.
Keywords: modeling; HPP reservoir; pine and birch; extraction; environmental damage.
'Медведева Светлана Алексеевна, доктор химических наук, профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89027610272, e-mail: jrsam@mail.ru
Medvedeva Svetlana, Doctor of Chemistry, Professor of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: 89027610272, e-mail: jrsam@mail.ru
2Командирова Юлия Андреевна, аспирант, тел.: 89501242400, e-mail: koma@pochtamt.ru Komandirova lulia, Postgraduate, tel.: 89501242400, e-mail: koma@pochtamt.ru
3Панасенкова Елена Юрьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89025796134, e-mail: panaska_84@mail.ru
Panasenkova Elena, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: 89025796134, e-mail: panaska_84@mail.ru
Все стороны деятельности человечества, в том числе и природоохранная, неразрывно связаны с производством и потреблением энергии, прежде всего электрической. Резкий рост темпов развития энергетики ставит две важнейшие проблемы, от решения которых во многом зависит будущее современной цивилизации. Во-первых, это проблема обеспеченности энергетическими ресурсами, во-вторых, проблема влияния энергетики на состояние окружающей среды.
В России примерно 15% электроэнергии вырабатывается на ГЭС, 11% - на АЭС и 74% - на ТЭС. Гидроэнергетика считается наиболее экологически безопасной. В процессе эксплуатации у ГЭС неоспоримое преимущество - чрезвычайно низкое воздействие на глобальный климат. Сама гидростанция никаких загрязнений не выбрасывает - ни в воздух, ни в воду. Однако строительство ГЭС оказывает огромное негативное влияние на все составляющие окружающей среды: на геологическую среду, на животный и растительный мир; возникают трудно разрешаемые вопросы, связанные с переселением жителей из зоны затопления. Одна из серьезных экологических проблем - состояние и качество воды водохранилища.
Эта проблема является остро насущной для Усть-Илимского района Иркутской области в связи со строительством Богучанской ГЭС и созданием водохранилища в нижнем течении р. Ангары [1].
Предполагают, что в создавшихся условиях затопления Богучанского водохранилища до проектных (самых высоких) отметок нормального подпорного уровня 208 м природе хозяйству и населению Усть-Илимского района будет нанесен огромный ущерб, восполнение которого практически невозможно [2].
Потери лесного потенциала при создании водохранилищ, в том числе и водохранилища Богучанской ГЭС, складываются из возможных потерь от недополучения древесины и другой лесопродукции с затопляемых и подтопляемых площадей, потерь для охот-ничье-промысловых ресурсов, а также утраты экологических функций затопленных лесов. Процесс лесо-сводки, помимо получения определенных объемов древесины в настоящем, предполагает значительные потенциальные утраты, так как большинство лесных площадей, как правило, не достигают возраста оптимальной рубки к назначенному времени. Фактически полностью пропадают ресурсы промежуточного и побочного лесопользования, невосполнимы потери экологических функций леса.
Потери водных ресурсов оценить весьма непросто. С одной стороны, использование гидроэнергетических возможностей реки Ангары после ввода в строй Богучанской ГЭС возрастет, однако прямых социально-экономических выгод от этого Усть-Илимский район не получит. Что же касается водоснабженческого потенциала, то количественно он не изменится, но зато ухудшится качество вод.
Снижение качества воды р. Ангары является острой межрегиональной проблемой, поскольку значительная часть объема загрязненных сточных вод транзитом переносится по реке на территорию Крас-
ноярского края, попадая в зону влияния Богучанской ГЭС. При этом влияние на качество воды данного района оказывают сточные воды крупного промышленного города Усть-Илимска Иркутской области. Сбрасываемые в Ангару, они крайне негативно воздействуют на всю экосистему реки в ее нижнем течении.
Качество воды в Богучанском водохранилище, с одной стороны, будет зависеть в целом от качества глубинных вод Усть-Илимского водохранилища, так же как воды Усть-Илимского водохранилища сегодня зависят от глубинных вод Братского водохранилища. В Богучанском водохранилище, как и в Усть-Илимском, можно ожидать повышения концентрации органического углерода, нитратного и аммонийного азота, общего фосфора и общего железа.
С другой стороны, формировать качество вод станут процессы, происходящие непосредственно в «молодом» водохранилище. Предполагают, в частности, что из-за плохой очистки ложа будущего Богучанского водохранилища от остатков деревьев, сухостоя, валежника, недревесной растительности и вдобавок «бесхозной древесины», поступающей в период разрушения берегов, лесосплава и выносов ее из притоков, Ангара из-за слабой проточности превратится в медленно гниющий водоем. При этом резко ухудшится качество воды по гидрохимическим и гидробиологическим показателям, что приведет к эвтрофности будущего Богучанского водохранилища [3].
Цель настоящей работы заключается в оценке возможности влияния затопленной древесины за счет процесса экстракции ее химических компонентов на состояние воды водохранилища.
В модельных опытах, выполненных в лабораторных условиях, мы исследовали некоторые показатели качества и количества водных экстрактов древесины сосны и березы. Сосна и береза были выбраны в качестве объектов исследования в связи с тем, что они принадлежат к доминирующим представителям хвойных и лиственных пород древесины в зоне затопления Богучанской ГЭС (табл. 1).
Образцы неокоркованной древесины березы и сосны в течение девяти суток были экстрагированы водой при достаточно низких температурных условиях - в пределах 4-15оС, моделирующих естественные низкие температурные условия экстракции затопленной древесины в водохранилище.
Экстракты анализировали по ряду показателей [по методикам 4], в том числе на содержание биогенных элементов, способных оказать негативное влияние на состояние воды водоема. Результаты анализов представлены в табл. 2.
Как следует из полученных результатов, даже при невысокой температуре 4оС уже происходит экстракция образцов, а с повышением температуры количество экстрактивных веществ заметно возрастает. Учитывая то, что в летний период температура воды в водохранилище будет значительно выше, можно предполагать и больший выход экстрактивных веществ в водную среду.
Таблица 2
Качественные и количественные характеристики экстрактов неокоркованной древесины березы и сосны, в расчете на м3 древесины
Таблица 1
Распределение запасов насаждений по породному составу по административным территориям затопления ложа Богучанского водохранилища, данные 2009 г. [3]_
Показатели Красноярский край Иркутская область Всего %
Корневой запас, тыс. м3 7886,7 1180 9066,7 100
в т.ч. лиственница 877,9 414 1291,9 14
ель и пихта 1815,3 130 1945,3 21
кедр 0 20 20 0,22
сосна 2169,8 299 2468,8 27
береза 1234,4 126 1360,4 15
осина 443,7 0 443,7 5
Определяемые показатели Единицы измерения Наименование образца
Береза Сосна
образец 1 образец 2 образец 3 образец 4 образец 5 образец 6
Температура экспонирования оС 4 10 15 4 10 15
рН pн 5,1 5,1 4,7 4,86 4,86 4,8
Цветность оПКШ 200 500 730 100 240 370
ХПК мг/л 800 2100 3100 270 676 1013
БПК5 мгО2/л 520 1500 2250 149 385 581
Азот аммонийный мг/л 13 30,6 46 2,8 6,8 9,6
Орто-фосфаты мг/л 0,3 0,66 0,94 0,88 2,23 3,38
Нитраты мг/л 0,2 0,52 0,74 0,05 0,15 0,22
Взвешенные вещества мг/л 280 280 280 135 135 135
Сухой остаток мг/л 800 1960 2920 189 432 648
Примечание. Анализ образцов древесины был выполнен в рамках совместной работы с лабораторией ООО «Научно-исследовательское экспериментальное предприятие «Рыборазведение» г. Братска. Авторы выражает глубокую признательность генеральному директору, кандидату биологических наук Панасенкову Юрию Васильевичу за помощь в выполнении экспериментальных исследований.
Присутствие коры в исследуемых образцах (содержание колеблется в пределах 10-20% от веса образца) является причиной высокой цветности, большой величины ХПК и БПК экстрактов, поскольку кора содержит до 5% экстрагируемых водой веществ, в том числе таких окрашенных органических веществ, как катехины, флавоноиды, танины [5].
Следует отметить, что экстракция загрязняющих веществ более активно происходит из лиственной древесины - березы (все исследованные показатели значительно выше).
Зная проектный объем затопления ложа водохранилища Богучанской ГЭС [6] и объем затопленной древесины, можно рассчитать количество экстрактивных веществ, способное поступить в водный бассейн водохранилища от экстракции затопленной древесины сосны и березы.
Расчет мы выполнили для части Богучанского водохранилища, расположенного на территории Иркутской области, где количество затопленной древесины
составило 8,5 тыс. м3, в том числе: березы - 0,94 тыс.
о о 1
м, сосны - 2,13 тыс. м (табл. 3).
Количество экстрактивных веществ, рассчитанное на объем оставленной на корню древесины березы и осины и затопленной в воде Богучанского водохранилища на территории Иркутской области, при различных температурных условиях представлено в табл. 4.
Санитарные нормы и правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ (Сан-ПИН 3907-85) при проведении лесосводки и лесо-очистки в зоне затопления допускают оставлять пни -объемом древесины в пнях, составляющим до 7% запаса древесины на корню. Согласно этим нормам количество пней, оставленных в зоне затопления водохранилища после проведения вырубки на спецучастках, составит: сосны - 0,149 тыс. м3, березы -0,065 тыс. м3. Количество экстрактивных веществ, рассчитанное на объем оставленных в зоне затопления пней, приведено в табл. 5.
Таблица 3
Расчет количества затопленной на корню древесины в ложе Богучанского _водохранилища на территории Иркутской области, тыс. м3_
Наименование Иркутская область
Общее кол-во (А), 3 тыс. м Кол-во к вырубке на спец. уч. (В), 3 тыс. м Кол-во на корню (С = А - В), 3 тыс. м
Корневой запас 1180 8,5 1171,50
в т. ч. сосна 299 2,13 296,88
береза 126 0,94 125,07
Таблица 4
Предполагаемое количество загрязняющих веществ, экстрагируемых в различных температурных
условиях из неокоркованной древесины, затопленной в ложе Богучанского водохранилища _на территории Иркутской области_
Определяемые показатели Ед. изм Наименование образца
Береза Сосна
образец 1 образец 2 образец 3 образец 1 образец 2 образец 3
Температура экспонироваия оС +4 +10 +15 +4 +10 +15
Азот аммон. кг 1625,85 3826,99 5752,99 831,25 2018,75 2850,00
Орто-фосфаты кг 37,52 82,54 117,56 261,25 662,03 1003,44
Нитриты кг 0,88 2,13 3,13 1,48 3,27 4,75
Нитраты кг 25,01 65,03 92,55 14,84 43,94 64,13
Взвешенные вещества кг 35023,20 35023,20 35023,20 40107,81 40107,81 40107,81
Сухой остаток кг 100052,00 245127,40 365189,80 56109,38 128250,00 192375,00
Как видим, в обстоятельствах выше обсужденного эксперимента дополнительно в воды водохранилища в результате экстракции пней поступит 325 кг.
В естественных условиях экстракция затопленной древесины и оставшихся пней пойдет в первую очередь из коры и заболони и со временем будет мед-
ленно протекать из древесины.
Источниками поступления в воды водохранилища неорганических и органических компонентов могут стать многие растительные ресурсы, попадающие под затопление [7].
Таблица 5
Предполагаемое количество загрязняющих веществ, экстрагируемых в различных температурных условиях из пней вырубленной древесины сосны и березы, затопленных в ложе Богучанского водохранилища на территории Иркутской области
Определяемые показатели Ед. изм. Наименование образца
Береза Сосна
образец 1 образец 2 образец 3 образец 1 образец 2 образец 3
Температура экспонироваия оС 4 10 15 4 10 15
Азот аммон. кг 0,85 2,003 3,01 0,42 1,01 1,43
Орто-фосфаты кг 0,02 0,04 0,06 0,13 0,33 0,50
Нитриты кг 0,0005 0,001 0,002 0,0007 0,002 0,002
Нитраты кг 0,01 0,03 0,05 0,01 0,02 0,03
Взвешенные вещества кг 18,33 18,33 18,33 20,09 20,09 20,09
Сухой остаток кг 52,36 128,28 191,11 28,11 64,26 96,39
Затопленные ресурсы будут источником очень опасных для водоемов фенольных соединений. Одна древесина способна дать 0,00022-0,012 % (вес.) фенолов, поступление которых в воды водохранилища зависит от многих факторов - породы деревьев, температурного режима и др. Рассчитанный объем фенолов, способный образоваться на территории Иркутской области только из древесины, - 61 200 т [2]. Если учесть, что легко водорастворимые фенольные соединения коры (в том числе сосны) составляют около 50% всех ее экстрактивных веществ, то цифра массы экстрагируемых фенолов значительно возрастает.
Следовательно, затопленная древесина будет пролонгированным источником загрязнения вод Богу-чанского водохранилища: с одной стороны, биогенными компонентами, содержащими фосфор и азот, с другой - фенольными соединениями, опасными для гидробионтов.
С учетом того, что обмен вод в р. Ангаре на участке Богучанского водохранилища значительно снижен (в 1,82 раза в год) [6], там будет отсутствовать активное перемешивание вод и начнут образовываться локальные «мертвые» участки водохранилища с высокой концентрацией загрязняющих веществ. Особенно опасным станет начальный период эксплуатации водохранилища.
Эколого-экономический ущерб от загрязнения вод Богучанского водохранилища экстрактивными веществами от затопленной древесины, пней березы и сосны на территории Иркутской области был рассчитан в пределах результатов модельного опыта (экстракция при температуре +15оС) в соответствии с методикой [8].
Для расчета использовали формулу Ув = у • а • М,
где У - величина экономического ущерба от загрязнения водного объекта, руб./год; у - нормативный экологический ущерб, для реки Ангары - 5 323,8 руб./у.т; а -коэффициент экологической значимости, для Иркутской области - 1,36; М - приведенная масса сброса загрязняющих веществ, рассчитанная для экстрактивных веществ древесины и пней, составила 111,75 у.т/год.
Величина эколого-экономического ущерба с учетом коэффициента индексации (1,89) за негативное воздействие на окружающую среду на 2014 г. [9] составила
Ув = 111,75 • 5323,8 • 1,36 • 1,89 = 1 529 220 руб.
Согласно категоризации степени риска загрязнения среды в зависимости от экономического ущерба [10], величину рассчитанного нами ущерба можно считать незначительной, но в условиях длительного воздействия сложившейся ситуации - уже требуется принятие мер для снижения риска.
Таким образом, даже не полномасштабная модель оценки загрязнения вод Богучанского водохранилища свидетельствует о необходимости проведения мероприятий по защите чистоты вод водохранилища. Тем более что со строительством Ангаро-Енисейского каскада ГЭС уже изменилось (ухудшилось) качество воды в р. Ангаре. Если в Иркутском водохранилище вода характеризуется 1 классом как «условно чистая», то в Усть-Илимском - 3-им, на некоторых участках 4 классом - как «загрязненная» и «грязная» [11]. Можно предполагать дальнейшее ухудшение не только качества, но и доступности питьевой воды в районе Богучанского водохранилища.
Статья поступила 10.02.2015 г.
1. Временные правила использования водных ресурсов Богучанского водохранилища на период его начального наполнения и первого этапа эксплуатации. Приказ Федерального агентства водных ресурсов от 28.04.2012 № 79. [Электронный ресурс]. URL: http://www.garant.ru (24.01.2015)
2. Корпачев В.П. Загрязнение и засорение водохранилищ ГЭС древесно-кустарниковой растительностью, органическими веществами и влияние их на качество воды: монография / В.П. Корпачев [и др.]. М.: Академия естествознания, 2010. 180 с.
3. Отчет «Прогноз качества воды в водохранилище и в нижнем бьефе Богучанской ГЭС» подготовлен РАН СО Институт леса им. Сукачева ДО Института водных и экологических проблем, 2009. 187 с.
4. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. 448 с.
5. Фенгель Д., Вегенер Г. Древесина (химия, ультраструктура, реакции). М.: Лесная промышленность, 1988. 512 с.
6. Корректировка технического проекта «Богучанская ГЭС
ский список
на реке Ангаре». Этап «Водохранилище и охрана окружающей среды на территории Усть-Илимского района Иркутской области». М.: ОАО «Ленгипропроект», 2011. 36 с.
7. Пережилин А.И. Загрязнение водохранилищ ГЭС органическими веществами растительного происхождения / А.И Пережилин [и др.] // Фундаментальные исследования. 2013. № 4 (2). С. 312-315.
8. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба [Электронный ресурс]. URL: http:// www.consultant.ru (15.01.2015)
9. Федеральный закон от 02.12.2013 г. № 349-ФЗ «О федеральном бюджете на 2014 г. и на плановый период 2015 и 2016 годов» (с изменениями и дополнениями) [Электронный ресурс]. URL: http://www.garant.ru (17.01.2015)
10. Медведева С.А., Тимофеева С.С. Экология техносферы: практикум. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2014. 200 с.
11. О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области за 2010 год: гос. доклад / мин-во природ. ресурсов и экологии Иркутской области. Иркутск: Форвард, 2011. 400 с.
