Расчет параметров форм техногенного рельефа для рекультивации нарушенных земель Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© Ю.В. KoHoHeHKo, 2002

YAK 622.014.3:502.76

Ю.В. KoHoHeHKo

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОРМ ТЕХНОГЕННОГО РЕЛЬЕФА ЛАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

В результате комплексного изучения рельефа и основных природных условий основных горнодобывающих регионов России - Московской области, региона КМА, Урала и Кузбасса был сделан вывод, что на территории всех регионов, в каждом отдельно взятом районе или области, развиты комплексы нескольких геоморфологических процессов [1]. Анализ ведущих процессов в каждом отдельном регионе выявило единый фактор, на основании которого такие процессы выделяются: таким ведущим фактором является увлажнение и, косвенно, географическое положение анализируемой территории (таблица). Учитывая то, что ведущими факторами рельефооб-разования на большинстве освоенных территорий являются различные вариации флювиального и смежных с ним процессов, необходимо также понимать физические законы взаимодействия водных потоков и масс с поверхностью грунтов. В основе расчета параметров техногенного восстанавливаемого рельефа лежит идея группы авторов, основанная на зависимости угла уклона поверхности от неразмывающей скорости для пород определенных типов пород (т.е. литологического состава), модуля стока на данной территории (т.е. климатических особенностей) [2]. Однако применяемые показатели дают лишь общую характеристику факторов зависимости.

Если в установленном русле любой сформировавшейся эрозионной формы возможно рассчитать расходы воды, поскольку исходя из известной зависимости О = Ь Ь Уср расход воды - функция глубины и ширины потока (при больших руслах расход является функцией поперечного сечения русла), то на склоне, где нет четковыраженных сформировавшихся русел, понятие удельного расхода воды теряет свой первоначальный смысл. Более привлекательным с этой точки зрения выглядит модуль стока воды q или слой стока Ь. Поэтому применение предложенной методики к полному циклу развития эрозионных форм - начиная с абсолютно плоской поверхности склона и заканчивая овражными линейными эрозионными формами - необоснованно.

Несомненно, скорость потока как на склоне, так и в русле зависит от уклона поверхности и глубины этого потока. Работа по перемещению и удалению частиц породы со склона (эрозия) являются функциями как глубины потока, так и его скорости. В то же время, как глубина, так и скорость - функции уклона поверхности [3].

Исходя из данных особенностей, можно предложить следующую модель расчета параметров ре-

культивируемых склонов и гидродинамических показателей

проистекания жидкости на них.

Образование эрозионных

форм является следствием работы потока по размыву, взвешиванию и транспортированию грунта, а также происходит в результате сложного взаимодействия эрозионного, суффозионного и гравитационных, а также процессов смыва и оплывания грунта на склонах. В начале своего развития любая склоновая форма имеет вид плоской, наклонной поверхности с незначительным микрорельефом.

Рассматривая физическую модель стока воды сплошным тонким слоем по склону заданной длины и ширины [4], можно получить выражение:

\та т' х ]0

Vax = 13.3

. 10.42 т0.29 л0.17

\ra m x I I А

пБ

0.58

(1)

где I- уклон поверхности, пЬ - коэффициент шероховатости, г - количество осадков, 7 - коэффициент стока, х - расстояние от водораздела, А - высота выступов шероховатости поверхности склона. Значение коэффициента микрорасчлененности склона т' выбирается в зависимости от выравненности склона и направления обработки: т'= 2,5 - в случае тщательно выровненного склона при направлении пахоты поперек склона; т'= 5,0 - то же, при пахоте вдоль склона; т'- 5,0 - в случае средне выровненного склона при направлении пахоты поперек склона; т'= 8,5 - то же при пахоте вдоль склона; т'= 8,5 - в случае плохо выровненного склона при вспашке поперек склона; т'= 13,5 - то же при пахоте вдоль склона.

Полученное уравнение позволяет рассчитать максимальную скорость на расстоянии х от водораздела. Сравнивая ее с неразмывающей скоростью для конкретного грунта можно делать выводы об наличии или отсутствии процессов эрозии в конкретных условиях. Учитывая, что в полученном уравнении используются как количество осадков г, так и коэффициент стока, зависимость можно преобразовать:

Уах = [У т х)042 1029 А017]/пб058 (2)

где у - объем стекшей воды, при определенных условиях равный слою стока.

Расчет скорости движения потока воды по склону по предложенной формуле принципиально отличается от расчета по существующим методикам. Предложенная зависимость отражает изменчивость скорости потока не от гидрологических показателей руслового или склонового потока, таких как расход воды, слой стока или модуль стока, а от характеристик отражающих геодинамическое положение рассматриваемой территории: количества осадков и расстояния от водораздела. Отсутствуют параметры, присущие русловому режиму протекания жидкости. Показатели коэффициента стока в должной мере отражают пропускную и впитывающую способность подстилающего материала, а показатели А и т' от-

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ РАЙОНОВ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ РОССИИ

Регион Основные геоморфологические районы Современные формы рельефа Естественные рельефообразующие процессы Определяющий фактор

Центральная часть России Низменные равнины Верхней волги, Мещеры Склоны речных долин, небольшие овраги, балки, слаборасчленен-ные водоразделы Биогенные процессы, речная и болотная аккумуляция Количество увлажнения поверхности (неглубокое зале гание коренных пород - оползни, уклоны поверхно сти - эрозия)

Возвышенная Рузско-Протвинская равнина и Клинско-Дмитровская гряда Делювиальные, дефлюкци-онные, оползневые процессы, эрозия, склоновые процессы.

Москворецко-Окская равнина Карст, оползневые, делювиальные процессы

Зоакская равнина Оползневые, дефлюкцион-ные процессы.

КМА Среднерусская возвышенность, участок Воронежской антеклизы, Речные долины, овраги, склоновые морфосистемы, среднегорье Мощные эрозионнорусловые процессы, выраженные в обширной эрозионно-балочной сети. Увлажнение, русловые процессы, литологические особенности

УРАЛ Новоземельско-Уральс-кая страна: Новоземель-ско-Пайхотская, Осевая, Западно- и Восточноуральская провинции. Речные долины, овраги, ледниковые цирки Ледниковая денудация, Мерзлотно-эрозионные процессы (солифлюкция и т.д.) Неотектоника, оледенения, увлажнение.

КУЗБАСС Северный Денудационные слабо расчлененные равнины Эрозионные процессы Увлажнение, тектоника, климатические особенности

Южный Аккумулятивно -денудационная равнина, низкогорные участки Комплекс флювиально-склоновых процессов, мерзлотно-флювиальные процессы

Присалаирский Аккумулятивные и эрозионно-тектонические равнины Флювиальные (русловые) процессы,денудация

ражают неровности, структуру и общий характер грунта.

Дальнейшее поступлении воды на склон может привести к образованию начальных малых эрозионных форм. Потоки воды, продвигаясь вниз по склону, сливаются в отдельные крупные струи, глубина и скорость которых увеличиваются по мере удаления от водораздела, происходит углубление ложа потоков и образование водороин, промоин и в дальнейшем мини-оврагов - так называемых линейных эрозионных форм.

Применение на данном этапе методики [2] является правомерным - появляется поперечное сечение формы и возможность расчета расхода воды через это сечение, однако с некоторыми уточнениями.

Итоговая расчетная формула методики выглядит так [2, 3]:

„ -|0,667

VI • кЪ • (А + 2)

ср

А • Є

(3)

Параметр А является отношением ширины потока к его глубине. На рассматриваемой стадии формирования склона в уже сформировавшейся эрозионной форме отношение ширины потока к его глубине равно примерно 1. Вместо среднегодового

стока в расчетном уравнении ( 3 ) предлагается использовать отношение (Ь* 1000/Т), где Ь - слой стока (мм), Т - продолжительность стока (с). Определение параметров техногенного рельефа необходимо не для сезона в целом (почему и нежелательно применения среднегодового модуля стока), а для какой-либо конкретной ситуации: дождевого или весеннего паводка, с вполне предсказуемым или ожидаемым количеством воды. Отсюда легко выводиться продолжительность стока Т (продолжительность ожидаемого события) и слой стока Ь (равен примерному количеству воды за один ливень или паводок весеннего половодья заданной обеспеченности. После всех преобразований получаем формулу расчета движения воды в руслах эрозионных форм:

Л = [(Пр Ь3 (А+2)2 Т)/(А Ь Р)]0667

Итак, для расчета параметров техногенных форм рельефа необходимо применять комплексную методику расчета. В начальной стадии развития и формирования склона применяются расчеты по первой модели, когда условия проистекания воды по склону близки к ламинарным и происходят равномерными слоем. Во второй стадии - применяется уже разработанная методика расчета параметров форм, но с некоторыми уточнениями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кононенко Ю.В. Влияние геоморфологических процессов на техногенный рельеф. // Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып. 9. - М.: МГГУ, 2000. - с.85.

2. Кононенко Е.А., Щербакова Е.П. Гидромеханизированнная рекультивация нарушенных земель. //

Горный информационно-аналитический бюллетень. Вып.3. - М.: МГИ, 1992. - с.56.

3. Кононенко Ю.В. Гидрологические аспекты формирования антропогенного рельефа при рекпьти-вации нарушенных горными работами земель. // Горный информационно-

аналитический бюллетень. Вып. 10. -М.: МГГУ, 2001. - с.167.

4. Кузнецов М. С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв. М.: МГУ, 1996 г. - с.57.

5. Ларионов Г.А. Эрозия и дефляция почв. - М., 1993,

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------

Кононенко Ю.В. - аспирант, Московский государственный горный университет.

ктуальной экологической пробле-

Амой является воздействие автозаправочных станций и комплексов на окружающую среду мегаполисов. Только в г. Москве более 650 АЗС, а это значит, что вместе с площадью санитарно-защитных зон около 5 км2 или 5% территории г. Москвы подвергается их техногенному воздействию.

Каждая АЗС является потенциальным источником загрязнения окружающей среды, поскольку внесены в перечень видов деятельности и объектов, которые представляют повышенную экологическую опасность. По расчетным данным Комитета по охране окружающей среды радиус загрязнения составил до 1 ПДК (0,87) - 100 м; в радиусе же до 300 м - 0,10 ПДК. Общий выброс углеводородов колеблется в пределах 1,335 т/год - 3,204 т/год. Из расчетов следует, что приземные концентрации бензина составляют на минимальных расстояниях до жилых зданий в радиусе 14,8 м. от 2-х ПДК (1,81) до 4,30 ПДК, т.е. по экспоненте концентрация углеводородов убывает от источника загрязнения. Проведенные Бодягиным Е.А. геохимические исследования показали, что уровень за-

грязнения почв в радиусе до 15-20

м превысили ПДК в 12-13 раз.

Таким образом для разработки эффективных методов инженерной защиты необходимо выявить источники и пути поступления нефтепродуктов в окружающую среду. Основным показателем загрязнения окружающей среды на объектах нефтепродуктообеспе-чения является количество потерь нефтепродуктов. В табл. 1 представлена общая классификация потерь и их основные характеристики. В зависимости от причин возникновения потери нефтепродуктов разделяются на естественные, эксплуатационные и аварийные, а по характеру - на количественные, качественные и количественно - качественные. С точки зрения экологической опасности следует обратить особое внимание на аварийные, количественные и количественно-качествен-ные потери. Аварийные потери возникают в результате разрушения или повреждения резервуаров, трубопроводов и других технических средств при пожарах, наводнениях, землетрясениях и других стихийных бедствиях, повреждении или уничтожении транспортных средств при авариях, а также в других случаях, вызывающих

разрушение оборудования. Снижение аварийных потерь достигается оперативным осуществлением мер по локализации и устранению последствий аварий. Количественные потери происходят от утечек и разливов нефтепродуктов в результате неудовлетворительного состояния технологического оборудования, небрежности и халатности работников соответствующих служб. Основная особенность утечек заключается в том, что они носят неравномерный по площади и во времени характер. В отличие, например, от земляного накопителя сточных вод, утечки из которого происходят постоянно и практически по всей площади накопителя, на объектах нефтепродуктообеспечения утечки происходят в отдельных точках, причем их местоположение может меняться во времени.

Другая важная особенность утечек на объектах нефтепродуктообеспечения заключается в том, что они происходят (или могут происходить) в течение всего срока функционирования этих объектов. Поэтому, несмотря на ограниченность во времени каждой отдельной утечки, вследствие попеременного возникновения утечек будет происходить постоянное загрязнение территории объекта в течение всего срока его существования и эксплуатации.

Количество проливов у топливораздаточных колонок и на площадке слива топлива имеет достаточно высокий показатель (до 100 г на 1 т бензина и 50 г на 1т дизельного топлива). От проливов, движения автотранспорта и атмосферных выпадений фиксируется

© О. Майорова, 2002

УАК 622.8:002.637

О. Майорова

О ЗАГРЯЗНЕНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕАЫ МЕГАПОЛИСОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ И КОМПЛЕКСОВ