CC BY
21
© Е.Л. Счастливцев, С.Г. Пушкин, Н.И. Юкина, И.А. Жукова, 2013
УДК 504.06:541.18:622.3
Е.Л. Счастливцев, С.Г. Пушкин, Н.И. Юкина, И.А. Жукова
ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ
Проведен анализ данных об экологическом состоянии водных объектов на территории функционирования угледобывающих предприятий. Получены сезонные нормализованные показатели состава вод и ассоциативные показатели качества вод.
Ключевые слова: водные объекты, угледобывающие предприятия, загрязнение, ингредиенты.
В статьях [1-4] было показано, что научно-обоснованная оценка воздействия вод угольных предприятий требует привлечения, наряду с показателями 2ТПВодхоз, дополнительно данных мониторинга подземных и поверхностных вод, осадков, данных космического мониторинга и использования ГИС для обработки имеющейся информации. В настоящей статье приведены оценки экологической ситуации на территории интенсивной угледобычи с использованием возможностей ГИС и спутниковых данных. Рассматриваемая территория расположена ниже р.Томь, юго-западнее г.Новокузнецка между р. Чумыш и р. Кондома, и населенными пунктами п.Костенково и г.Осинники.
Многолетние показатели поверхностных вод рассматриваемого района оценивались по данным пункта гидрохимических наблюдений г. Осинники (находящегося в непосредственной близости от данной территории), с привлечением гидрологических данных пункта мониторинга п. Кузедеево для выделения сезонов, табл. 1, рис. 1. Ниже приведены санитарно-гигиенические оценки их качества, основанные на использовании ПДКр-х., ПДК водоемов ХПКБР [5] назначения и условно нормативных величин.
Таблица 1
Сезонные нормализованные показатели состава вод (НПСВ) р.Кондома за 1990-2003гг по сезонам и сбросов угольного разреза
Ингредиенты Сезоны
НПСВ НПСВ НПСВ НПСВ НПСВ НПСВ
Сброс УДП Фон 3 д Ë П
Азот аммонийный 11,11 0,47 0,25 1,39 0,66 1,54
Азот нитратный 2,93 0,03 0,11 0,04 0,02 0,04
Азот нитритный 20,38 0,54 0,53 1,21 0,43 0,95
Алюминий 1,94 0,34 0,66 3,01 0,50 1,11
БПК5 11,49 1,23 1,23 0,80 1,18 1,09
Взвешенные вещества 8,96 0,61 2,10 8,22 3,94 26,68
Гидрокарбонаты 1,72 0,44 0,60 0,10 0,35 0,10
Железо общее 0,79 1,71 1,00 5,53 1,98 5,30
Кальций 0,59 0,18 0,24 0,06 0,13 0,06
Кремний 0,68 0,45 0,54 0,77 0,36 0,63
Магний 1,13 0,29 0,27 0,08 0,23 0,07
Марганец 20,66 1,50 0,91 0,17 1,08 1,48
Медь 13,63 2,40 3,50 8,00 3,53 6,21
Нефтепродукты 0,90 5,58 6,62 6,80 5,64 7,27
ХПК 1,31 0,67 0,53 1,03 0,70 0,82
Сульфаты 0,72 0,20 0,20 0,20 0,18 0,17
Фенолы 4,60 3,64 3,91 5,00 7,56 6,79
Цинк 3,17 0,01 0,01 1,2 1,4 1,2
Примечание:
НПСВ - среднеарифметические концентрации ингредиентов за 19902003гг. в долях ПДКр-х;
Сезоны: 3 - зимнее-весенняя межень, Д - период дождей, Л- летне-осенняя межень, П - половодье.
Фон - среднеарифметические концентрации ингредиентов вычисленные по 19 пробам с минимальными содержаниями взвешенных веществ.
Из табл. 1 видно, что для каждого сезона характерны свои наборы показателей состава вод: чрезмерных (НПСВч>1) и приоритетных (НПСВп>2,5).
Сезоны речных вод р.Кондома характеризуются следующими приоритетными ингредиентами: Д - алюминий, взвешенные вещества, медь, нефтепродукты, смолы и асфальтены, фе-
нолы, хром общ., железо общ.; 3 - медь, нефтепродукты, смолы и асфальтены, фенолы, хром общ.; Л - взвешенные вещества, медь, нефтепродукты, смолы и асфальтены, фенолы, хром общ.; П - взвешенные вещества, медь, нефтепродукты, смолы и асфальтены, фенолы, хром общ., железо общ. В состав чрезмерных входят дополнительно: Д - азот аммонийный, азот нит-ритный, ХПК; 3 - БПК5, взвешенные вещества, углекислый газ; Л - БПК5, марганец, железо общ.; П - азот аммонийный, алюминий, БПК5, марганец.
Фоновые показатели р. Кондома характеризуются следующими приоритетными ингредиентами: нефтепродукты, фенолы и хром. В состав чрезмерных входят дополнительно: БПК5, марганец, смолы и асфальтены, железо общее.
Сбросы угледобывающего предприятия характеризуются следующими приоритетными ингредиентами: азот аммонийный, азот нитратный, азот нитритный, БПК5, взвешенные вещества, марганец, медь, фенолы, цинк. В состав чрезмерных входят дополнительно: алюминий, гидрокарбонаты, магний. ХПК.
Между тем, сложившаяся практика оценки загрязненности вод основанная на вычислениях индекса загрязненности вод (И3В) только по шести фиксированным показателям, для одного или нескольких лет в целом, без учета фоновых показателей, не позволяет учитывать специфику изменения их состава. Так, приведенные на рис. 1 ассоциативные показатели качества вод (АПКВ), являющиеся средними арифметическими величинами из НПСВ ингредиентов характеризующих гидрологические сезоны свидетельствуют о том, что АПКВч превышают И3В в 1,5-2 раза, а АПКВп превышают И3В в 2-3 раза. Таким образом, использование показателей АПКВ позволяет осуществлять планирование природоохранных мероприятий по снижению загрязненности вод, что невозможно - при использовании величин И3В.
Экспедиционная оценка качества поверхностных вод р.Чумыш, Кондалеп и сбросов угледобывающего предприятия (УДП) проводилась нами в течении двух лет (2011-2012 гг.) по заказу ООО «Сибэнергоуголь».
1- АПКВп для приоритетных показателей (НПСВ>2,5) по сезонам;
2- АПКВч для чрезмерных показателей (НПСВ>1) по сезонам;
3- Шестипараметрические показатели качества вод (азот аммонийный, азот нитритный, БПК5, кислород, нефтепродукты, фенолы)
Рис. 1. Ассоциативные показатели качества вод (АПКВ) р.Кондома за 1990-2003гг.
Ассоциативные показатели качества сбросов УДП в соответствие с табл. 1 равные, АПКВч =8 (ингредиенты) и АПКВп = 11 (ингредиенты) показывают, что первоочередные природо-охранные мероприятия должны быть направлены на очистку сбросов от ингредиентов имеющих НПСВ >2,5.
Сравнительная характеристика речных вод и сбросов УДП (на основе санитарно-гигиенических показателей) приведена на рис. 2
Данные представленные на рис. 2 свидетельствуют о том, что фоновые показатели ингредиентов речных вод (р.Чумыш, р.Кондалеп, р.Кондома) превышаются по следующим ингредиентам (в разы): азот аммония (1,4-2), азот нитратный (1,2-108), азот нитритный (1,2-9), алюминий (373), взвешенные вещества (6-18), цинк (57-131). Дополнительно для р.Чумыш и р.Кондалеп характерно превышение гидрокарбонатов (2) и ХПК (3).
Фоновые показатели ингредиентов сбросов УДП превышаются по следующим ингредиентам (в разы): азот аммонийный (24), азот нитратный (87), азот нитритный (38),
9 р.Чумыш Ш р.Кондалеп
—А—р. Кондома Ж Карьер.сброс
н го о. н ^ о. ю ^ го ш
н I н ^ I г с ш ш
Н н 2 3 ш ш 00 ш
О о Ц
00 < 00 < <
о о. 4
-а
ш X
о
Ингредиенты
Рис. 2. Относительные показатели ингредиентов речных вод и сбросов УДП по отношению к их фоновым значениям (показатели вне рисунка: азот нитратный (109) - р.Кондалеп, (87) - сброс УДП алюминий (73) -р.Чумыш, цинк (58, 84,131, 337) - р.Чумыш, Кондалеп, Кондома, сброс УДП)
Рис. 3. Фрагмент топографической карты с границами водосборных территорий бассейнов рек и горных отводов действующих разрезов
алюминий (6), БПК5 (9), взвешенные вещества (15), гидрокарбонаты (4), кальций (3), магний (4), марганец (14), медь (6), никель (6), свинец (6), сульфаты (4), ХПК (2) и цинк (337).
Концентрация ингредиентов в р.Кондома превышает их в сбросах УДП по двум элементам: железо (в 4 раза) и нефтепродукты (в 7 раз).
По остальным элементам, представленных в табл. 1, сброс УДП превышает концентрацию ингредиентов в р.Кондома в диапазоне 2-70 раз.
Характерным загрязнителем р.Кондома являются нефтепродукты, содержание которых в ней превышает содержание аналогичного ингредиента как в р. Чумыш, р. Кондалеп, так и в сбросе УДП. Таким образом, при планировании очистных мероприятий р.Кондомы, которые безусловно необходимы, стоит первоочередное внимание обратить на уменьшение концентрации нефтепродуктов в ней.
Характерными загрязнителями вод р.Чумыш и Кондалеп являются азот нитритный, алюминий и марганец.
Данные дистанционного зондирования земли позволили оценить площади водосборных территорий (бассейнов) рек и
Рис. 4. Область расположения участка разреза Бунгурский- Южный с подложкой фрагмента снимка КА Кар1НБуе 24.06.2012 года с доработкой и слоями ГИС (гидрохимия)
нарушенных угледобычей земель, сельхозугодий, участки рек угледобывающих районов загрязненные взвешенными частицами и органическими веществами, которые дают муть и тонкую прозрачную пленку на поверхности воды [6, 7, 8].
Примером негативного воздействия угольно-добывающих предприятий на водные объекты является изменение площади водсборной территории и нарушенных земель (за последних два года увеличилась в 2 раза), рельефа местности (рис .3-4).
Данные дистанционного зондирования, которыми установлено значительные загрязнения взвешенными частицами и органическими веществами водных объектов в угледобывающих районах [8] и данные полученные наземным мониторингом показали идентичную картину: превышение ПДК в поверхностных водах р.Чумыш, р.Кондалеп и р.Кондома по взвешенным веществам составляет в 4-11 раз, а по фенолам в 4-7 раз; для р.Кондома характерно еще и превышение ПДК по нефтепродуктам в 6 раз.
Выводы
Проведен анализ данных об экологическом состоянии водных объектов на территории функционирования угледобывающих предприятий. Получены сравнительные характеристики качества речных и карьерных вод на основе санитарно-гигиенических показателей.
Санитарно-гигиеническая оценка поверхностных вод показала, что наблюдается их повышенная загрязненность в 3-25 раз по следующим показателям:
• для р.Чумыш: алюминий, взвешенные вещества, железо общ., марганец, медь, фенолы;
• для р.Кондалеп: азот нитратный, азот нитритный, алюминий, взвешенные вещества, железо общ., марганец, медь, фенолы;
• для р.Кондома: взвешенные вещества, железо общ., медь, нефтепродукты, фенолы.
Данные дистанционного мониторинга, полученные методами обработки мультиспектральных снимков сопоставимы с данными наземного мониторинга.
Получены сезонные показатели качества вод: НПСВ и АПКВ.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Счастливцев Е.Л., Пушкин С.Г., Юкина Н.И. «Некоторые возможности совершенствования системы мониторинга характеристик шахтных и карьерных вод угледробывающих предприятий» // Горный информационный бюллетень. - 2009. - № ОВ7. - 320 с. - М.: Издательство «Горная книга». - С. 236-239.
2. Счастливцев Е.Л., Пушкин С.Г., Юкина Н.И. «О некоторых возможностях совершенствования системы мониторинга техноприродных вод» // VIII Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу. Мат-лы рос.конф./ под ред. М.В. Кабанова. Томск: Аграф-Пресс, 2009. - С. 279-281.
3. Счастливцев Е.Л., Пушкин С.Г., Юкина Н.И. «Проблемы современных оценок состояния поверхностных вод в угледобывающих районах и возможности совершенствования системы мониторинга» // Эколого-биологические проблемы Сибири и сопредельных территорий: Мат-лы I меж. науч.практ. конф./ г.Нижневартовск: Из-во Нижневарт. гуманит. ун-та, , 2009. - С. 163-169.
4. Счастливцев Е.Л., Пушкин С.Г., Юкина Н.И. «Гидроэкологические проблемы недропользования в Кузбассе» // Горный информационный бюл-
летень. - 2010. - № ОВ4. - 560 с. - М.: Издательство «Горная книга». - С. 419-429.
5. Потапов В.П., Мазикин В.П., Счастливцев Е.Л., Вашлаева Н.Ю. «Геоэкология угледобывающих районов Кузбасса». Новосибирск: Наука, 2005. - 660 с.
6. Асмус В.В., Кровотынцев В.А., Алферов А.М., Иванова Н.П. «Использование данных космической съемки RapidEye для классификации природных объектов» //Геоматика .-2010.-№1(6).-М.: Издательство «Компания «СОВЗОНД».- С.80-89.
7. Курбанов Э.А., Воробьев О.Н., Губаев А.В., Лежнин С.А. «Использование данных космической съемки ALOS для выявления площадей бывших сельскохозяйственных угодий, зарастающих лесом» //Геоматика .-2010.-№4(9).-М.: Издательство «Компания «СОВЗОНД».- С.68-72.
8. Опарин В.Н., Потапов В.П., Гиниятуллина О.Л., Андреева Н.В. «Мониторинг загрязнений водного бассейна районов активной угледобычи с использованием данных дистанционного зондирования// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2012. - №5. -С. 181-188. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Счастливцев Евгений Леонидович - доктор технических наук, заведующий лабораторией моделирования геоэкологических систем, schastlivtsev@ict.sbras.ru
Пушкин Сергей Григорьевич - кандидат химических наук, старший научный сотрудник, kembict@gmail.com
Юкина Наталья Ивановна - кандидат технических наук, научный сотрудник, leonakler@mail.ru
Жукова Ирина Анатольевна - ведущий специалист, kembict@gmail.com Институт вычислительных технологий СО РАН (Кемеровский филиал),
