Расчет нормативов допустимых сбросов веществ с учетом гидрологических особенностей рек Забайкалья при отработке россыпных месторождений золота

Ельчанинов Евгений Александрович; Коннов Василий Иванович; Михайлов Роман Александрович

УДК 504

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

РА СЧЕТ НОРМА ТИВОВ ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ ВЕЩЕСТВ С УЧЕТОМ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕК ЗАБАЙКАЛЬЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗОЛОТА

Выполнено исследование гидрологического режима малых рек Восточного Забайкалья и установлена необходимость учета в расчетах нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ фазности рек при поступлении в них сточных вод, образующихся на объектах добычи россыпного золота. Разработана методика определения расчетного расхода воды водотока для оценки качества воды реки при добыче полезных ископаемых в ее русле.

Ключевые слова: отработка месторождений россыпного золота, сточные воды, загрязнение воды рек, оценка качества воды рек.

Добыча полезных ископаемых, в том числе отработка россыпных месторождений золота, строительство водоохранных гидротехнических сооружений в руслах малых рек приводит к загрязнению их вод по большей части взвешенными веществами и нефтепродуктами.

Нормативы допустимых сбросов загрязняющих веществ со сточными водами устанавливается в проекте нормативов допустимых сбросов (НДС) веществ и микроорганизмов для водопользователей. В проекте учитываются индивидуальные гидрологические, морфометрические характеристики водных объектов, условия сброса сточных вод, технологические параметры сбросных сооружений [1]. В расчетах смешения (разбавления) сточных и речных вод очень важно правильно назначать величину расчетного расхода в водотоке и расход стоков. Завышение расчетного расхода воды в реке, по отношению к реальному, приведет к загрязнению речных вод, что категорически запрещено «Правилами охраны поверхностных вод». И наобо-

рот, снижение расчетного расхода воды в реке, в сравнении с реальным, приведет к неоправданным экономическим затратам, связанным со строительством (реконструкцией) более производительных очистных сооружений или модернизацией технологического процесса предприятия. В связи с этим возникла задача: установить закономерности распределения многолетнего и внутригодового стока малых рек в суровых условиях Восточного Забайкалья с целью уточнения существующей методики по назначению расчетного расхода воды рек, необходимого для разработки НДС веществ и микроорганизмов для водопользователей.

Исследования показали, что гидрологический режим малых рек Восточного Забайкалья отличается большой неустойчивостью и сложностью. За многолетний период наблюдений установлено чередование много- и маловодных лет. Продолжительным периодом низкой водности явились 70-е годы. В 1972 г. низкая межень установилась сразу после очищения рек ото льда. Период

Таблица 1

Периоды пересыхания малых рек Забайкальского края

Река — пункт Площадь водосбора, км2 Период наблюдений, годы Год пересыхания рек

Могойтуй - Могойтуй 580 1958 - 1992 1965 - 1973, 1975 - 1982, 1986

Зугалай - Зугалай 213 1963 - 1992 1964 - 1984, 1986 - 1988

Ключевой - Атамановка 12,3 1950 - 1992 1963 - 1983, 1986 - 1988

Ареда - Нижняя Куэнга 1140 1967 - 1987 1965, 1967 - 1970, 1972 -1983, 1985

Ималка - Кр. Ималка 1270 1964 - 1992 1966 - 1970, 1972 - 1981

Шабартуй - Дульдурга 36,3 1955 - 1992 1979

1972...1982 гг. характеризовался пониженной водностью рек. Маловодными засушливыми годами за период наблюдений были 1901, 1926, 1927, 1946 гг. Наибольшая продолжительность межени наблюдалась в 1946 г. и составила на рр. Шилка и Ингода 105.122 дня. К началу июля уровни воды рр. Шилка, Онон, Газимур, Унда и малых реках были ниже многолетних минимальных уровней за период наблюдений и в дальнейшем не повторялись. Часть малых рек пересохли. В табл. 1 приводятся данные о периодах пересыхания малых рек Забайкальского края.

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. Наиболее опасным периодом поступления сточных вод в речные является фаза межени (наименьшие расходы воды в реке). Именно в это время происходит загрязнение рек сточными водами предприятий. Межень является характерной фазой для малых рек Восточного Забайкалья в отличие от рек других регионов России. Меженные периоды различаются лишь длительностью прохождения. Колебания расходов воды малых рек разных гидрологических районов ярко показывают не только сезонные изменения стока, но и изменения по гидрологическим фазам. Распределение гидрологических фаз

внутри года зависит от множества факторов. Наибольшую роль играют климатические и орографические условия [2, 3]. 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 [4]. В соответствии с названным методом расчет ведется по водохозяйственным годам. С этой целью необходимо разбить год на лимитирующий сезон, нелимитирующий сезон (вместе составляющие лимитирующий период) и нелимитирующий 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. Был проведен анализ по данным многолетних наблюдений за расходами воды малых рр. Хилкотой, Аса и Блудная в Забайкальском крае. Анализ выполнялся для многоводного, среднего по водности и маловодного периодов. Рассчетами установлено, что для летне-осеннего периода характерны

Тип водности I период межени II период межени III период межени

года начало оконча- ние начало оконча- ние начало оконча- ние

Многоводные годы (Р<33 %) 18.05 27.06 8.06 16.07 11.07 31.07

Годы средней водности (33<Р<66 %) 15.05 28.06 5.06 3.08 9.07 30.08

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

три основных сезона межени - майская, июньская и июльская. В табл. 2 в качестве примера приведены результаты исследований меженных периодов р. Хил-котой (Байкальский водный бассейн). 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. Нелимитирующим периодом назначен период зима-весна (с ноября по май). В последующих расчетах установлены обеспеченные расходы воды (95%-ной обеспеченности) как по сезонам, так и внутри них. Расчет включает следующие этапы.

1. Производится разбивка исходных данных на водохозяйственные годы.

2. 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.

3. Выделяются группы водности лет (многоводные Р<33 %, средней водности 33 <Р<66 %, маловодные Р>66 %).

4. Выполняется расчет внутри-сезонного распределения стока для маловодной группы лет.

5. Определяются основные параметры аналитической кривой обеспеченности (норма стока ^ср), коэффициент вариации (О-у), коэффициент асимметрии (С;з) биномиальным или трехпараметрическим методами).

6. Определяются расчетные расходы по месяцам (табл. 3).

7. Выполняется построение расчетного гидрографа стока (рис. 1).

8. По расчетному гидрографу выбирается расчетный расход воды реки Q95% обеспеченности при сбросе в нее сточных вод (минимальный среднемесячный расчетный расход воды за лимитирующий сезон).

Полученные расчетные минимальные среднемесячные расходы воды сведены в табл. 3, по которой построен расчетный гидрограф стока 95 % обеспеченности для р. Хилкотой. Расчетный минимальный среднемесячный расход Q95% обеспеченности, полученный методом компоновки, составил 5,21 м3/с.

Для сравнения был определен расчетный минимальный месячный 95 % обеспеченности расход воды р. Хил-котой по существующей методике,

Расчетные расходы 95 %-ной обеспеченности по месяцам для р. Хилкотой

Месяц Январь Февраль Март Апрель Май Июнь

Расход, м3/с 0,78 0,54 0,18 3,86 13,7 5,21

Месяц Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Расход, м3/с 6,52 13,2 8,62 6,06 7,53 2,10

Рис. 1. Расчетный гидрограф 95 %-ной обеспеченности р. Хилкотой

который составил Q95o^=4,15 м3/с. Расчетный среднедекадный расход Q95% обеспеченности, определенный с учетом прохождения межени за 32-летний период наблюдений на р. Хилкотой, составил 3,71 м3/с. Расход, определенный по существующей методике, завышен на 11,0 %. Наиболее точным является расчетный минимальный среднепентадный расход Q95% обеспеченности определенный с учетом прохождения межени за 32-летний период наблюдений на р. Хилкотой, который составил 2,47 м3/с.

Расчетный расход, определенный по существующей методике, завышен на 40,5 %. Этот вывод подтверждается исследованиями, выполненными также для малых рр. Блудная и Аса. Сравнительные характеристики даны в табл. 4, а результаты исследований приведены в табл. 5.

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 [5].

На рис. 2 приведен алгоритм метода расчета лимитов сбросов загрязняющих веществ для предприятий горного производства и агро-систем. Крупными блоками показаны мероприятия, которые необходимо выполнить для получения исходных данных, последовательность расчетов и построение расчетного гидрографа стока заданной обеспеченности.

В результате выполненной работы получены следующие выводы:

1. Исследования позволили установить, что наименьшие расходы воды рек в условиях Забайкальского края отмечаются именно в фазу межени (июнь-июль), которая соответствует наихудшим гидрологическим условиям при

Рис. 2. Алгоритм метода назначения расчетного расхода воды в реке при разработке НДС загрязняющих веществ для предприятий горного производства

смешении сточных и речных вод предприятий.

2. Предложена методика определения расчетного расхода воды в водотоке при сбросе в нее сточных вод предприятий, учитывающая внутригодовое распреде-

ление стока малых рек Восточного Забайкалья. Установлено, что расчетный минимальный среднемесячный расход Q95% обеспеченности, определенный по существующей методике, завышается на 40 % по сравнению с расходом воды,

Таблица 4

Гидрологическая характеристика исследуемых малых рр. Хилкотой, Блудная и Аса (Байкальский и Амурский бассейны Забайкальского края)

Река Объем стока, млн м3 Средняя высота водосбора, м Площадь водосбора, км2 Годы наблюдений

р. Хилкотой 510 283 1702 1966-1990

р. Блудная 306 235 1300 1975-1990

р. Аса 760 378 2010 1968-1990

Таблица 5

Сравнение расчетных расходов воды малых рек, полученных по существующей и по рекомендуемой методикам

Расчетный расход Q95% вероятности превышения малых рек

Методика расчета расхода Хилкотой Аса Блудная

Q95%, м3/с Доля от расхода, определенного по существ. методике, % Q95%, м3/с Доля от расхода, определенного по существ. методике, % Q95%, 3 м /с Доля от расхода, определенного по существ. методике, %

Существующая методика 4,15 100 7,10 100 1,78 100

Рекомендуемая методика 2,47 59,5 (40,5) 5,75 81 (19) 1,55 87 (13)

Примечание. В скобках указана доля в процентах превышения расчетного расхода Qg5% обеспеченности исследуемых малых рек Байкальского и Амурского бассейнов, определенного по существующей методике, над реальным расходом, определенным по рекомендуемой методике.

определенным по предлагаемой методике.

Если в расчетах смешения сточных и речных вод при назначении нормативов предель-

но допустимых сбросов загрязняющих веществ в водные объекты не учитывать такое значительное различие, то водотоки будут искусственно загрязняться.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей. - М.: 2007.- 113 с.

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

3. Беркович, КМ. Географический анна-

лиз антропогенных изменений русловых процессов / К.М.Беркович. - М.: ГЕОС, 2001. - С. 17-68.

4. Клибашев, К.П. Гидрологические расчеты / К.П. Клибашев, И.Ф. Горошков. - Л.: Гид-рометеоиздат, 1970. - 460 с.

5. Правила охраны поверхностных вод (типовые положения). - М.: ГЕОС, 1991. - з4 с.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------

Ельчанинов Евгений Александрович - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет,

Moscow State Mining University, Russia, [email protected]

Коннов Василий Иванович - кандидат технических наук, доцент, декан заочного отделения Забайкальского института железнодорожного транспорта, г. Чита Михайлов Роман Александрович - ЗабИЖТ ИрГУПС г. Чита