Расчет нормативов допустимых сбросов веществ с учетом гидрологических особенностей рек Забайкалья при отработке россыпных месторождений золота Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.И. Конов, Е.Д. Ельчанинов, P.A. Михайлов, 2013

УДК 504

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

РАСЧЕТ НОРМАТИВОВ 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: загрязняющие вещества, сточные воды, гидрологический режим малых рек, Забайкалье.

Лобыча 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 за-

прещено «Правилами охраны поверхностных вод». И наоборот, 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

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

периодом низкой водности явились 70-е годы. В 1972 г. низкая межень установилась сразу после очищения рек ото льда. Период 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 оп-робирован метод компоновки, позволяющий оценить реальное внутриго-довое 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

Тип водности года I период межени II период межени III период межени

начало окончание начало окончание начало окончание

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

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 три основных сезона межени — майская, июньская и июльская. В табл. 2 в качестве примера приведены результаты исследований меженных периодов р. Хилкотой (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. Нелими-тирующим 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 внутрисе-зонного распределения стока для маловодной группы лет.

5. Определяются основные параметры аналитической кривой обеспеченности (норма стока (@ср), коэффициент вариации (Су), коэффициент асимметрии (С5) биномиальным или трехпараметриче-ским 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 Р95% обеспеченности при сбросе в нее сточных вод (минимальный среднемесячный расчетный расход воды за лимитирующий сезон).

Таблица 3

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

Месяц Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь

Расход, м3/с 0,78 0,54 0,18 3,86 13,7 5,21 6,52 13,2 8,62 6,06 7,53 2,10

Таблица 4

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

Река Объем стока, 3 млн м 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

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

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, который составил Q95% = 4,15 м3/с. Расчетный среднедекадный расход Р95% обеспеченности, определенный с учетом прохождения межени за 32-летний период наблюдений на

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

Методика расчета расхода Расчетный расход Р95% вероятности превышения малых рек Байкальского и Амурского бассейнов

Хилкотой Аса Блудная

095%, м3/с Доля от расхода, определенного по существ. методике, % 095%, м3/с Доля от расхода, определенного по существ. методике, % 095%, 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 С95% обеспеченности исследуемых малых рек Байкальского и Амурского бассейнов, определенного по существующей методике, над реальным расходом, определенным по рекомендуемой методике.

р. Хилкотой, составил 3,71 м3/с. Расход, определенный по существующей методике, завышен на 11,0 %. Наиболее точным является расчетный минимальный среднепентадный расход Qg5% 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 смешении сточных и речных вод предприятий.

2. Предложена методика определения расчетного расхода воды в водотоке при сбросе в нее сточных вод предприятий, учитывающая внутригодовое распределение стока малых рек Восточного Забайкалья.

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

Установлено, что расчетный минимальный среднемесячный расход Q95% обеспеченности, определенный по существующей методике, завышается на 40 % по сравнению с расходом воды, определенным по предлагаемой методике.

Если в расчетах смешения сточных и речных вод при назначении нормативов предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ в водные объекты не учитывать такое значительное различие, то водотоки будут искусственно загрязняться.

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, К.М. Географический ана-

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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.: Гидрометеоиздат, 1970. — 460 с.

5. Правила охраны поверхностных вод (типовые положения). — М.: ГЕОС, 1991. — 34 с. ГТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Коннов Василий Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и инженерная защита окружающей среды», декан заочного факультета, Михайлов Роман Александрович - инженер кафедры «Безопасность жизнедеятельности и инженерная защита окружающей среды»,

Забайкальский институт железнодорожного транспорта» — филиал Иркутского государственного университета путей сообщения (ЗабИЖТ ИрГУПС),

Ельчанинов Евгений Александрович - профессор, доктор технических наук, кафедра «Инженерная защита окружающей среды», Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru

А