CC BY
69
УДК 622.882
ОБОСНОВАНИЕ РАБОТ ПО ПРИРОДООХРАННОМУ НАПРАВЛЕНИЮ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
Б.Л. Тальгамер1, Е.А. Коробкова2
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Черемховский горнотехнический колледж, 665400, г. Черемхово, ул. Ленина, 26.
Рассмотрен способ рекультивации карьеров с затоплением выработанного пространства. Предложена методика обоснования прогнозируемых параметров техногенного водоема на основе составления уравнений водного баланса для различных периодов года, которая позволяет установить положение береговой линии в затопленном карьере и на этой основе запроектировать работы по рекультивации. Ил. 1. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: рекультивация карьеров; затопление выработанного пространства; обоснование работ по выполаживанию бортов и укреплению береговой зоны.
JUSTIFICATION OF WORKS IN THE ENVIRONMENTAL RECLAMATION OF GOAFS B.L. Talgamer, E.A. Korobkova
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074. Cheremkhovo Mine Engineering College, 26, Lenin St., Cheremkhovo, 665400.
The method for quarry reclamation with the flooding of goafs is examined. The justification procedure of the forecasted parameters of a technogenic water body on the basis of water balance equations for different periods of the year is proposed. It allows to determine the location of the shore line in a flooded quarry, and on this basis to design reclamation works.
1 figure. 4 sources.
Key words: reclamation of quarries; flooding of goafs; justification of works on the flattening of sides and strengthening of shore zone.
Одним из основных направлений рекультивации земель, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых с Сибири и на Дальнем Востоке, является природоохранное. При этом если при рекультивации отвалов, насыпей, дамб и т.д. выбор комплекса горных работ не вызывает особых затруднений - это выполаживание и террасирование откосов, планировочные работы, разваловка насыпей, сооружение проранов для самотечного стока поверхностных вод, то при рекультивации выработок встает вопрос о возможности их затопления и заболачивания. По мере увеличения глубины выработки возможность для самотечного отвода дождевых и талых вод из выработки становится все более проблематичной. И в то же время создание в них водоема не гарантирует нормальное экологическое состояние рекультивированных выработок. Во-первых, это связано с небольшой глубиной водоемов и высокой вероятностью их промерзания до дна в зимний период. Во-вторых, большой диапазон колебания уровня воды в течение года приводит то к обнажению мелководий и гибели водных растений, то к подтоплению берегов с затоп-
лением гниющих водорослей и надводных растений. Все это препятствует развитию растительности вдоль береговой линии, влечет гибель икры и водных организмов, ухудшает качество воды. То есть биологическая продуктивность таких водоемов остается очень низкой.
В связи с изложенным, на стадии проектирования рекультивации необходимо определиться, будет ли обеспечиваться самотечное удаление воды с территории карьера либо целесообразно создание в нем водоема. Решение по этому поводу должно приниматься на основании составления уравнения водного баланса искусственного водоема. При этом с целью прогнозирования уровня воды в водоеме и установления пределов его колебания необходимо составление нескольких уравнений водного баланса, начиная с минимального и заканчивая максимальным значением уреза воды.
Уравнение водного баланса может быть представлено в общем виде:
Qатм + Qп =Qисп + Qфд + Qс, где Qатм - поступление воды от атмосферных осад-
1Тальгамер Борис Леонидович, доктор технических наук, профессор, директор Института недропользования, тел.: (3952) 405197, е-mail: [email protected]
Talgamer Boris, Director of the Institute of Subsurface Use, Doctor of technical sciences, Professor, tel.: (3952) 405197, е-mail: [email protected]
2Коробкова Елена Ананьевна, заместитель директора по учебной работе, тел.: (39546) 50590, е-mail: [email protected] Korobkova Elena, Deputy Director for Academic Affairs, tel.: (39 546) 50 590, e-mail: [email protected]
3 3
ков, м /ч; Рп - приток подземных вод, м /ч; 0исп - испарение с водной поверхности водоема, м3/ч; Офд -фильтрационные утечки через борт и дно затопленной выработки, м3/ч; Рс - поверхностный слив из выработанного пространства, м3/ч.
Приток воды от атмосферных осадков определяется по формуле [1]
(& * Бв + & * Б* + Бо) / Т, (1)
где 11о - слой осадков за теплый период года; -коэффициенты поверхностного стока осадков в теплый период года за пределами выработки и внутри нее; Бв - водосборные площади, примыкающие к выработке, тыс. м2; Бк - водосборная площадь выработки за пределами водоема, тыс. м2; Бо - площадь зеркала водоема, тыс. м2; Т - продолжительность теплого периода года, ч.
Приток подземных вод, м3/ч, может приниматься по данным отчета о геологоразведочных работах либо по результатам расчетов, например, по формуле Дар-си при безнапорном характере подземных вод:
Рп = Кф Н В/, (2)
где Кф - коэффициент фильтрации пород, слагающих борта выработки; Н - средняя мощность водоносного горизонта выше дна карьера, м; В - средняя ширина вскрытого выработкой водоносного горизонта со стороны водораздела, м; / - средний уклон водоносного горизонта.
Потери воды на испарение, м3/ч, устанавливаются из выражения
Оисп = Бо Нисп /1000 Т. (3)
Величина испарения с водной поверхности за безледоставный период определяется в соответствии с известной методикой [1]:
Нисп = Е20 Кн Кзащ Кв,
где Е20 - средняя многолетняя величина испарения за безледоставный период с бассейна площадью 20 м2; Кн, Кзащ - поправочные коэффициенты на глубину и защищенность водоема; Кв - поправочный коэффициент на площадь водоема.
Фильтрационные утечки из водоема будут происходить через борта выработки в сторону долины и через дно. Они могут быть определены по вышепри-
веденной формуле Дарси с учетом величины подтопления водоносного пласта. Фильтрационные утечки через дно выработки при значительном удалении его от уровня грунтовых вод определяются с учетом площади ложа водоема и коэффициента фильтрации подстилающих пород:
Офд = Бо х Кф.
После составления уравнения водного баланса для нескольких уровней воды в выработке устанавливаются графические зависимости его приходной и расходной частей от вертикальных отметок. Точка пересечения этих зависимостей будет соответствовать среднегодовому значению уровня воды в выработке.
В качестве примера определения параметров водоема в выработке предлагается расчет, выполненный для карьера по добыче доломита на месторождении «Бирами-Левый».
Месторождение доломита «Бирами-Левый» расположено на севере Иркутской области в нижней части склона долины вдоль ручья Бирами. Грунтовые воды на разведанную глубину при разведочных работах не встречены, породы находятся в мерзлом состоянии. В пределах карьера доломиты перекрыты рыхлыми отложениями со средней мощностью 6,5 м. Верхняя часть полезной толщи сложена слаботрещиноватыми доломитами до 16,0 м. Трещины заполнены глинистым материалом.
После извлечения запасов доломита остается выработка площадью 598,3 тыс. м2 глубиной до 26 м.
После завершения добычных работ на месторождении «Бирами-Левый» намечается природоохранное направление рекультивации с частичным затоплением выработанного пространства. Учитывая высокую устойчивость бортов карьера, сложенных скальными породами, водной эрозии, размыва и оползневых явлений по бортам выработанного пространства не ожидается. Не будет иметь место также заиливание дна создаваемого водоема.
С целью прогнозирования процесса затопления карьера составляются уравнения водного баланса создаваемого водоема при разном уровне воды. По
результатам расчетов установлено, что среднегодовой водный баланс с равными значениями приходной и расходной частей будет иметь место при уровне воды на отметке 343,9 м (рисунок).
Водный баланс водоема в карьере в приходной части будет представлен поступлением воды от атмосферных осадков, а в расходной - испарением. Притока грунтовых вод в связи с расположением карьера выше их уровня не ожидается. Фильтрационных утечек из водоема в связи с повсеместным распространением мерзлоты в районе карьера, а также наличием скальных пород, составляющих ложе водоема, также не предполагается. Фильтрационные утечки будут иметь место при подъеме уровня воды выше отметки 342,0, над которой доломиты перекрыты рыхлыми отложениями.
Ниже расчет составляющих уравнения водного баланса выполнен для водоема, образованного в карьере на отметке 343,9 м.
Приток воды от атмосферных осадков определяется по формуле (1), слой содков за теплый период года hо = 294 мм; коэффициент поверхностного стока с прилегающих ненарушенных территорий = 0,28; с нарушенной поверхности карьера = 0,7 [2]; водосборные площади, примыкающие к водоему и карьеру, Бв=185,1 тыс. м2; водосборная площадь внутри карьера 3к=285,2 тыс. м2; площадь зеркала водоема, Sо=313,1 тыс. м2; продолжительность теплого периода года в данном районе, T = 150 х 24 = 3600 ч. Отсюда, приток воды от атмосферных осадков в водоем, созданный до отметки 343,9 м, после рекультивации составит 46,1 м3/ч.
Потери воды на испарение, м /ч, устанавливаются из выражения (3), средняя многолетняя величина испарения за безледоставный период с бассейна площадью 20 м2 Е 20 = 400 мм [2]; поправочные коэффициенты на глубину и защищенность водоемов Кн = 0,98, Кзащ = 0,96 [1]; поправочный коэффициент на площадь водоема В = 1,15 [1]. Тогда величина испарения с водной поверхности водоема за безледоставный период составит сверху 37,6 м3/ч.
Фильтрационные утечки, м3/ч, через борт карьера, сложенный рыхлыми отложениями, могут быть определены по формуле Дарси (2), где коэффициент фильтрации пород, Кф=5,5 м/сутки; средняя мощность рыхлых отложений, Н=1,0 м; протяженность водоема вдоль подтопленного борта, В=995 м; уклон кровли доломитов в сторону руч. Бирами, i = 0,036. Отсюда Qф = 8,5 м3/ч.
Таким образом, уравнение водного баланса будет иметь вид:
Ежегодный объем талых вод, поступающих в карьер, составит
5х Ьс ХРс + ^ + ^) хЛ4
V =■
Qаmм = ^
Qф,
или
46,1 = 37,6 + 8,5 м 3/ч.
До затопления выработки до отметки 343,9 м будет иметь место положительный водный баланс с нарастанием объема водоема при среднем расходе водопритока в теплый период года 25,8 м3/ч.
Среднегодовой приток дождевых вод в теплый период, Т, составит
ид=25,8х24х150х=92,9 тыс.м3.
Рв
где 5 - коэффициент, учитывающий удаление снега с прилегающей площади, 5=1,0; - средняя мощность снежного покрова, ^=0,4 м; рс - плотность снега, рс=0,17 т/м3; Л4 - коэффициент стока в период снеготаяния, Л4=0,7; рв - плотность воды, рв=1 т/м3; площади водосбора карьера и прилегающих территорий, 23=783,6 тыс. м3. Отсюда 1/т=37,3 тыс. м3.
Общее среднее ежегодное поступление воды в выработку с учетом потерь на испарение составит Vд + Ут = 130,2 тыс. м3.
При таких поступлениях воды в выработку создание водоема до отметки 343,9 м с учетом притока дождевых и талых вод, а также испарения будет происходить в течение 20-22 лет. Максимально возможный объем водоема составит 2724 тыс. м3 при средней глубине около 8,7 м.
Диапазон колебания уровня воды в водоеме будет сравнительно небольшим - 2,7 м. Максимальный уровень воды в период ливневых дождей с наибольшим месячным количеством осадков 0,76 мм [3] поднимается до отметки 345,2, при которой месячный приток воды в 454 тыс. м3 будет компенсироваться расходом воды на увеличение объема водоема на 424 тыс. м3, а также возрастанием фильтрационных утечек в связи с повышением уровня воды (Н) и расширением дренирующего потока (В).
Минимальный уровень воды в конце меженных периодов не будет опускаться ниже отметки 342,5 м. С учетом прогнозируемого колебания уровня воды в пределах 342,5-345,2 м в водоеме должна формироваться мелководная (пляжная) зона, обеспечивающая противоэрозионную устойчивость береговой линии, а также благоприятные условия для развития ихтиофауны и ихтиофлоры.
В рассматриваемом случае имеется возможность формирования пляжной зоны с использованием вскрышных пород на участках, где урез воды будет проходить по дну выработки, имеющему небольшой уклон. Общая длина мелководной зоны составит около 40% от периметра водоема.
Прогнозирование уреза воды в затопленном выработанном пространстве позволяет намечать в проектах мероприятия по предотвращению процесса абразии и укреплению береговой линии будущего техногенного водоема, в том числе путем укладки на берега крупнообломочного материала или за счет создания пляжной зоны [4].
Таким образом, прогнозирование динамики приходной и расходной частей уравнения водного баланса в зависимости от степени затопления выработанного пространства позволяет достаточно точно определять параметры создаваемого водоема и устанавливать виды и объемы работ по оформлению его береговой линии.
1. Личаев В.Р., Есеновская Л.Н., Чикин Ю.М. Руководство по выбору и проектированию систем водоснабжения, водоот-ведения и способам водоподготовки при разработке россыпных месторождений. Иркутск: Изд-во ИГУ, 1990. 160 с.
2. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрогеологических характеристик / Госстрой СССР. М: Стройиздат, 1985. 36 с.
\ский список
3. Пособие по определению расчетных гидрогеологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 448 с.
4. Тальгамер Б.Л., Коробкова Е.А. Обоснование параметров пляжной зоны при консервации и рекультивации карьеров с созданием водоемов // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. Вып. 10. С. 5-10.
УДК 632.123
МОНИТОРИНГ НАВОДНЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ НА ОСНОВЕ РЕТРОСПЕКТИВНОГО АНАЛИЗА
С.С. Тимофеева1, В.Э. Эглит2, О.В. Морозова3
1,3Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
2Главное управление МЧС России по Иркутской области,
664003, г. Иркутск, ул. Красноармейская, 15.
На основе гидрологических данных и оперативной информации ГУ МЧС Иркутской области изучены пространственно-временные закономерности распределения наводнений на территории Иркутской области. Установлено, что наиболее частые летние наводнения характерны для рек Кирей, Ия, Тойсук, М. Белая, Уда, Ока, Б. Белая, Витим, Бирюса, Венгерка, Китой, Киренга, Олха, Лена и Иркут, наиболее подвержены весенним явлениям заторов и половодий - Н. Тунгуска и Лена. На таких реках, как Лена, Бирюса и Киренга, наводнения происходят в летний и весенний периоды. Степень возникновения резкого подъема уровней рек из-за сильного ливня максимальна в западных и южных районах Иркутской области, длительные периоды повышенных расходов воды на реках из-за интенсивных и продолжительных осадков наиболее вероятны в высокогорных районах. Материальные потери от наводнений в регионе существенны; необходимо обеспечить четкое функционирование системы противодействия паводкам в системе РСЧС Иркутской области. Ил. 10. Библиогр. 7 назв.
Ключевые слова: наводнения; закономерности распределения; социально-экономические потери и последствия.
FLOOD MONITORING ON THE TERRITORY OF THE IRKUTSK REGION BASED ON A RETROSPECTIVE ANALYSIS
S.S. Timofeeva, V.E. Eglit, O.V. Morozova
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Central Administration of Russian Ministry for Emergency Situations in Irkutsk region, 15, Krasnoarmeiskaya St., Irkutsk, 664003.
On the basis of hydrological data and operational information of the Central Administration of Russian Ministry for Emergency Situations in Irkutsk region the authors examined the spatio-temporal distribution patterns of floods on the territory of the Irkutsk region. It is determined that the most frequent summer floods are characteristic of the Kirey, Iya, Toisuk, Malaya Belaya, Uda, Oka, Bolshaya Belaya, Vitim, Biryusa, Vengerka, Kitoy, Kirenga, Olkha, Lena, and Irkut rivers. The Lower Tunguska and Lena rivers are most susceptible to spring gorges and floodings. The Lena, Biryusa and Kirenga rivers overflow in summer and spring. The degree of a sharp rise in the levels of rivers due to heavy rainfalls is maximum in the western and southern areas of the Irkutsk region. Prolonged periods of increased water flow in rivers due to intense and prolonged rainfall are most likely in mountainous areas. Material losses from floods are significant in the region. It is necessary to ensure regular functioning of the system of flood control in the Russian system of Emergency situations of the Irkutsk region. 10 figures. 7 sources.
Key words: floods; distribution patterns; socio-economic losses and consequences.
1Тимофеева Светлана Семеновна, зав. кафедрой промэкологии и безопасности жизнедеятельности.
Timofeeva Svetlana, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety.
2Эглит Вячеслав Эдуардович, начальник, генерал-майор, тел.: 83952257949, [email protected]
Eglit Vyacheslav, commander, Major-General, tel.: 83952257949, [email protected]
3Морозова Ольга Викторовна, аспирант, тел: 954115, e-mail: [email protected]
Morozova Olga, Postgraduate, tel: 954115, e-mail: [email protected]
