CC BY
18
© Е.А. Ельчанинов, В.И. Коннов, 2014
УДК 504
Е.А. Ельчанинов, В.И. Коннов
РАЗРАБОТКА НОРМАТИВОВ ДОПУСТИМЫХ СБРОСОВ ВЕЩЕСТВ С УЧЕТОМ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛЫХ РЕК ВОСТОЧНОГО 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: россыпные месторождения золота, гидрологический режим, сточные воды, Восточное Забайкалье, гидрометрические наблюдения, загрязнение рек.
Отработка россыпных месторождений золота и строительство гидротехнических сооружений в руслах малых рек приводит к загрязнению их вод взвешенными веществами и нефтепродуктами.
Норма сброса загрязняющих веществ со сточными водами устанавливается в проекте нормативов допустимых сбросов (НДС) загрязняющих веществ, в котором также определяются условия сброса сточных вод в водные объекты. В этих расчетах очень важно правильно назначать величину расчетного расхода воды в водотоке [1, 2].
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 1972-1982 гг. характеризовался пониженной водностью рек. Маловодными засушливыми годами за период наблюдений были 1901, 1926, 1927, 1946 гг. Наибольшая продолжитель-
Таблица 1
Периоды пересыхания малых рек Читинской области
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
ность 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. В табл. 1 приводятся данные о периодах пересыхания малых рек Забайкальского края.
Обычно сброс сточных вод в малые реки и гидротехническое строительство в их руслах осуществляется в период открытого русла. Наиболее опасным периодом поступления сточных вод в речные является фаза межени. Именно в это время расход речных вод минимален. Межень является характерной фазой для малых рек Восточного Забайкалья. 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 условия [3, 4]. Учитывая резкое изменение режима речного стока в разные фазы внутри года в условиях Восточного Забайкалья для правильного определения величины расчетного расхода воды в реке предлагается использовать метод компоновки, позволяющий оценить реальное внутригодовое распределе-
ние стока воды водотока [5]. В соответствии с названным методом расчет ведется по водохозяйственным годам. С этой целью необходимо разбить год на лимитирующий сезон, нелимити-рующий сезон (вместе составляющие лимитирующий период) и нелимити-рующий период.
В условиях Забайкалья лимитирующим сезоном для расчета условий сброса сточных вод является сезон летней межени. В зимний период 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. Расчетами 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.
Анализ числа меженей в разные годы, их продолжительность и средне-меженные расходы позволили выбрать в качестве лимитирующего сезона два месяца - июнь и июль. Лимитирующим периодом назначен период лето-осень, включающий период с июня по октябрь. Нелимити-рующим периодом назначен период зима-весна (с ноября по май). Расчет включает следующие этапы.
Таблица 2
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
Рис. 1. Расчетный гидрограф 95%-ной вероятности превышения р. Хилкотой
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 вероятности превышения (норма стока (Ю ), коэффициент вариации (С^), коэффициент асимметрии (С.) биномиальным или трехпараметрическим методами).
6. Определяются расчетные расходы по месяцам (табл. 3).
7. Выполняется построение расчетного гидрографа стока (рис. 1).
8. Выбирается расчетный расход воды реки Ю95% вероятности превышения 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% вероятности превышения для р. Хилкотой. Расчетный минимальный среднемесячный расход Ю95% вероятности превышения, полученный методом компоновки, составил 5,21 м3/с.
Для сравнения был определен расчетный минимальный месячный 95% вероятности превышения расход воды р. Хилкотой по существующей методике, который составил Ю95% = 4,15 м3/с. Расчетный среднеде-кадный расход Ю95% вероятности превышения, 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 средне-пентадный расход Ю95% вероятности превышения, определенный с учетом прохождения межени за 32-летний период наблюдений на р. Хилкотой, который составил 2,47 м3/с.
Таблица 3
Расчетные расходы 95%-ной вероятности превышения по месяцам для р. Хилкотой
Месяц л а я а л § & н а я л ч * я я л в г л ч 2 Б & л а \о ¡3 л а \о л а \о я л а \о я
в К е е в < М 15 15 в е и а О 0 X е КЗ
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 рек Хилкотой, Блудная и Аса, принадлежащих Байкальскому и Амурскому бассейнам на территории Читинской области
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
Методика расчета расхода Расчетный расход Q95% вероятности превышения малых рек Байкальского и Амурского бассейнов
Хилкотой Аса Блудная
Q95%, м3/с Доля от расхода, определенного по существ. методике, % Q95%, м3/с Доля от расхода, определенного по существ. методике, % Q95%, м3/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 09Э% обеспеченности исследуемых малых рек Байкальского и Амурского бассейнов, определенного по существующей методике, над реальным расходом, определенным по рекомендуемой методике.
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 [6].
При полном отсутствии данных наблюдений проводят одновременные гидрометрические наблюдения в течение года на исследуемой реке и реке-аналоге. При отсутствии надежных аналогов внутригодовое распределе-
ние стока рассчитывают по районным схемам распределения стока по месяцам или декадам (пентадам) в процентах годового стока.
На рис. 2 приведен алгоритм метода расчета лимитов сбросов загрязняющих веществ для предприятий горного производства и агросистем. Крупными блоками показаны мероприятия, которые необходимо выполнить для получения исходных данных, последовательность расчетов и построение расчетного гидрографа стока заданной вероятности превышения.
Выполненные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Исследования позволили установить, что наихудшие гидрологические условия при смешении со сточными водами для исследуемых малых рек складываются в период межени (для Забайкальского края - в июне-июле).
Рис. 2. Алгоритм метода расчета лимитов сбросов загрязняющих веществ для предприятий горного производства и агросистем
2. Разработана методика определения расчетного расхода воды водотока при сбросе в нее сточных вод, учитывающая внутригодовое распределение стока малых рек Восточного Забайкалья. Установлено, что расчетный минимальный среднемесячный расход Q95% вероятности превышения, определенный по существующей методи-
ке, 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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей. - М., 2007. - 113 с.
2. Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых сбросов вредных веществ в поверхностные водные объекты. - М.: ГЕОС, 1999. - 19 с.
3. Коннов В.И. Экологическая оценка и мероприятия по защите от загрязнения
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
малых рек Восточного Забайкалья. - Чита: ЧитГУ, 2006. - 126 с.
4. Беркович К.М. Географический анализ антропогенных изменений русловых процессов . - М.: ГЕОС, 2001. - С. 17-68.
5. Клибашев К.П., Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. - Л.: Гидрометеоиз-дат, 1970. - 460 с.
6. Правила охраны поверхностных вод (типовые положения). - М.: ГЕОС, 1991. -34 с. ЕШ
Ельчанинов Евгений Александрович - доктор технических наук, профессор, МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected],
Коннов Василий Иванович - кандидат технических наук, доцент, декан заочного факультета, e-mail: [email protected], ЗабИЖТ ИрГУПС.
UDC 504
DEVELOPMENT OF ALLOWABLE DISCHARGE STANDARDS CONSIDERING HYDROLOGICAL CHARACTERISTICS OF SMALL RIVERS DURING GOLD PLACER MINING IN THE EAST TRANSBAIKALIA
El'chaninov E.A., Doctor of Technical Sciences, Professor,
Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», e-mail: [email protected], Konnov V.I., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Dean of Correspondence Faculty, e-mail: [email protected], Transbaikalian Railway Transport Institute,
a branch of Irkutsk State Railway Transport Engineering University.
The author analyzes regimes of smaU rivers in the East Transbaikalia and finds it necessary to calculate allowable pollutants discharge standards taking into account staging of rivers when receiving waste water from gold placer mining facilities. The procedure has been developed for the calculation of the design water flow rate to assess water quality in a river under mineral mining.
Key words: gold placers, hydrological regime, waste water, East Transbaikalia, hydrometry, river contamination.
REFERENCES
1. Metodika razrabotki normativov dopustimykh sbrosov veshchestv i mikroorganizmov v vodnye ob"ekty dlya vodopol'zovatelei (Procedure for development of standards for maximum allowable discharge of substances and microorganisms in water bodies for water consumers), Moscow, 2007, 113 p.
2. Metodicheskie ukazaniya po razrabotke normativov predel'no dopustimykh sbrosov vrednykh veshchestv v poverkhnostnye vodnye ob"ekty (Instructional guidelines on development of standards for maximum allowable discharge of contaminants in surface water bodies), Moscow, GEOS, 1999, 19 p.
3. Konnov V.I. Ekologicheskaya otsenka i meropriyatiya po zashchite ot zagryazneniya malykh rek Vostochnogo Zabaikalya (Ecological evaluation and contamination protection management for small rivers of the East Transbaikalia), Chita, ChitGU, 2006, 126 p.
4. Berkovich K.M. Geograficheskii analiz antropogennykh izmenenii ruslovykh protsessov (Geographical analysis of man-made changes in channel processes), Moscow, GEOS, 2001. C. 17-68.
5. Klibashev K.P., Goroshkov I.F. Gidrologicheskie raschety (Hydraulic design), Leningrad, Gidrometeoiz-dat, 1970, 460 p.
6. Pravila okhrany poverkhnostnykh vod (tipovye polozheniya) (Guidance on surface water conservation (standard regulations)), Moscow, GEOS, 1991, 34 p.
