Вибір та обґрунтування оптимальних гідрогеологічних умов для варіанту обводненого відвалу вільного заростання на території західного Донбасу Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 556.491:622

Г.П. бвграшкша*, О.М. Грабовець**, М.А. брченко

*Д.нтропетровський нацюнальний yuieepcumem iMem Олеся Гончара **Приднтровська державна академiя бyдiвництва та архтектури

ВИБ1Р ТА ОБГРУНТУВАННЯ ОПТИМАЛЬНИХ Г1ДРОГЕОЛОГ1ЧНИХ УМОВ ДЛЯ ВАР1АНТУ ОБВОДНЕНОГО В1ДВАЛУ В1ЛЬНОГО ЗАРОСТАННЯ НА ТЕРИТОРП ЗАХ1ДНОГО ДОНБАСУ

Зг1дно з теор1ею ф1зико-х1м1чно1 г1дродинам1ки пористих середовищ виконано розрахунок оптимальних г1дрогеолог1чних умов вар1анту обводненого в1двалу в1льного заростання.

Ключовi слова: шахтний вщвал, випаровувашсть, мшер^защя.

В соответствии с теорией физико-химической гидродинамики пористых сред выполнен расчет оптимальных гидрогеологических условий варианта обводненного отвала свободного зарастания.

Ключевые слова: шахтный отвал, испарение, минерализация.

In accordance with the theory of physical-chemical hydrodynamics of porous media made the calculation of the optimal hydrogeological conditions of the option-dump free overgrowth.

Key words: mine dump, evaporation, mineralization.

Вступ. Захщний Донбас - потужний вуглевидобувний регюн Укра!ни. Вилучеш i3 прничих виробок породи вщсипають на поверхш земл^ заповнюючи ними природш i техногеннi зниження рельефу. Для сшьськогосподарських цiлей породи без рекультиваци не придатнi i служать додатковим джерелом засолення грунту i тдземних вод.

Масштаби забруднення грунтового шару, поверхневих i пiдземних вод породами, видобутими iз гiрських виробок у Захщному Донбасi, залежать вiд об'ему, форми, розмщення вiдвалу вiдносно геоморфолопчних елементiв i форм рельефу, глибини залягання першого вiд поверхнi водоносного горизонту, фшьтрацшних властивостей порiд в основi вiдвалу.

Породи усiх вщватв являються однотипними за хiмiчним складом i складаються переважно з глинистих мшератв та гiдроокисiв, з домшками воднорозчинних солей. Засолення шахтних вiдвалiв Захвдного Донбасу переважно сульфатне.

Об'ектом дослщження е шахтнi вiдвали вiльного заростання дослщного полiгону Днiпропетровського державного аграрного ушверситету, що представляють собою вирiвняну площину близько 5 га i розташованi на схилi рiки Самари та у заплавi на землях природоохоронно! територи. На шахтну породу здшснено насип завтовшки по 100 см (1 м) сумiшi червоно-буро! глини.

Метою роботи е вибiр та обгрунтування оптимальних гiдрогеологiчних умов для варiанту обводненого шахтного вщвалу вiльного заростання. Створення сприятливих еколого-мелюративних умов вирощування сiльськогосподарських культур на рекультивованих шахтних вiдвалах та запоб^ти розвитку процесiв вторинного засолення насипного родючого шару.

© Г. П., евграшшна, О. М. Грабовець, М. А. Срченко, 2013

Методи дослщження. Задача розв'язана на моделi вертикального солепереносу анал^ичними та чисельними методами.

Викладення основного матерiалу. Випаровувашсть з поверхнi грунтових вод являеться негативним фактором, так як призводить до збшьшення мшералiзащl i засоленню грунту, до зниження родючостi. 1нтенсивнють випаровуваностi грунтових вод тiсно пов'язана з глибиною залягання, висотою капшярного пiдняття, клiматичними умовами району, рослинним покривом, агротехшчними прийомами обробки грунту. 1нтенсившсть випаровуваностi зменшуеться з шдвищенням концентраци солей у грунтових водах у зв'язку з зростанням !х в'язкосп. Величину випаровуваностi з рiвня грунтових вод можна оцiнити по залежност Аверьянова С.Ф. [1]

и = и0(1 ——)п, (1)

де U - iнтенсивнiсть випаровуваносп з поверхнi грунтових вод при глибиш залягання z, м; Zk - критична глибина, м; ^ - iнтенсивнiсть випаровування з водно! поверхш, мм; п - показник ступеню, що залежить вiд виду i структури грунтiв, змiнюеться в межах вщ 1 до 3. У нашому випадку приймаемо середне значення 1,5.

Значення випаровуваностi метеостанци Павлоград представленi в таблицi 1

[2].

Таблиця 1 - Випаровувашсть за мюяцями

Пункт спост-ння Випаровування за мюяцями, мм Випа р-ння за рш мм

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Мет-цiя мiсто Павлоград 6,05 5,2 15,1 56,4 101,3 117,3 149,8 130,3 90,7 31,3 10,2 5 718,6 5

Переводимо випаровуванiсть за рш (U0) у м/добу:

и = 718,65 = 0,002 м/д^у 0 365-1000

Критична глибина випаровування важких суглинюв приймаемо за таблицею [3] Zk=2м, тому що шахтш вiдвали важко суглинистi породи. Вода, яка залягае у вщвалах, поступово рухаеться вгору до глин. При глибиш залягання Z=1м, як прийнято у фiзичних моделях дослщу Агроунiверситету.

Визначаемо випаровуванiсть з поверхш грунтових вод поставивши данi у формулу (1):

И = 0,002 - (1 - -)1,5 = 0,0007 = 7 -10-4 м/добу.

Розраховуемо швидюсть вертикального вологопереносу для глибини залягання 1м. Так, як рослини затшяють поверхню вiдвалiв, величина трансшраци може бути меншою. [4].

Мжмальна транспiрацiя складае 0,3 • 10-4 м/добу [5].

V = T + И, (2)

де Т - трансшращя, м/добу.

Поставляемо данi у формулу (2):

V = 7 -10-4 + 0,3 -10-4 = 7,3 -10-4 м/добу.

Оскшьки в^^р i хiмiчний аналiз порових розчинiв легкорозчинних солей вщноситься до найбiльш важких i дорогих дослiджень, то !х виконують здебiльшого у незначних кiлькостях для встановлення лшшно! залежностi мiж мiнералiзацiею порового розчину i загальним вмютом солей породного вiдвалу. Визначаемо мiнералiзацiю грунтових вод за формулою [4]

О = А - С + В , (3)

де С - мiнералiзацiя порового розчину, що рухаеться, %, г/дм3; А i B - постiйнi коефщенти для даного типу засолення, так як засолення сульфатне, то А=20,8; В=0,9; C - засолення вщвалу 0,6% [5].

с = 20,8 - 0,6 + 0,9 = 11,58 г/дм3-

Переводимо отримане значення у % за формулою Мшашино! Н.Г [6].

= сп -щ-100 = Н58-0,23-100 = 0,15%, (4)

р-100 1760

де р - щшьшсть сухо! породи 1,76 г/см3; т - об'емна вологiсть 0,23 частки одиниць

Засолешсть глин складае 0,07% за даними Агроушверситету [5] Для визначення коефщента пдродисперсп використовуемо формулу: Авер'янова С.Ф. [1].

УАХ :

с

21п(°х)

(5)

де С0 - засолешсть порщ (або мiнералiзацiя грунтових розчишв) при х=0; Сх -мiнералiзацiя у точцi з координатою х, м; Ах - потужшсть зони аераци, м.

Розрахунок проводимо для мiнералiзацil пiдземних вод 0,15%. Поставляемо одержанi данi у формулу (5)

э =

7,3 -10 "

91 ^ 0,15

21п(-)

0,07

-, м /добу.

1 = 5 -10-4

Для визначення величини вторинного засолення в усталеному режимi використовуемо формулу Горева [7]. Даш, яю отриманi з попередшх розрахункiв, пiдставляeмо у формулу.

С = (0,15 + °,°7-2,54-10-5 )ехр(1 -0)(7'3-10'4 -2'54-10'5) - 0'07-2'54-10'5 = 0,662% 7,3 -10-4 - 2,54-10-5 5 -10-4 7,3 -10-4 - 2,54-10-5

Розрахунок 1м насипного шару глини, коли рiвень грунтових вод знаходиться у mдошвi шару, представлений у табл. 2, графiчно вiдображений на рисунку 1 та 2

Таблиця 2. - Розрахунок вторинного засолення обводненого вщвалу вшьного

заростання потужшстю 1 м.

Мшер-щя п.в., г/дм3 Мшер-лiзацiя С2, Швид-сть вертикал. вологоперено су Уь м/добу Iнфiльтра ц. живленн я У2, м/добу Коеф. Пдро-диспер. Б м/добу2 Поту ж-ть зони аеращ 1 х1, м Вщстань вiд початку коор. до випробув точки х, м Втор- нне засоле ння С, %

0 0,662

0,1 0,571

0,2 0,493

0,3 0,425

7,3 10-4 2,5410-5 51 0-4 0,4 0,366

0,15 0,07 1 0,5 0,316

0,6 0,272

0,7 0,235

0,8 0,202

0,9 0,174

1 0,150

с, %

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Рисунок 1 - Графш залежност величини вторинного засолення С вщ глибини х.

Рисунок 2 - Схематичне зображення залежност величини вторинного засолення С вщ глибини х

Висновок: Розрахунки показали, що на поверхш глинистого шару, при глибиш залягання рiвня грунтових вод у його шдошв^ засолення складае 0,662 % i вiдноситься до середнього ступеню. Такi умови витримують рослини. Отже для обводненого вiдвалу засолення суттево залежить вiд глибини залягання рiвня грунтових вод.

Бiблiографiчнi посилання

1. Аверьянов С. Ф. Борьба с засолением орошаемых земель.- М.: Колос, 1978.

- 288 с.

2. Евграшкина Г.П., Харитонов Н.Н., Жиленко Н.И. Основы стабилизации эколого-мелиоративных условий выращивания сельскохозяйственных культур на рекультивированных шахтних отвалах Западного Донбасса // Металлургическая и горнорудная промышленность. -2006. -№4. - С. 136-138.

3. Кац Д.М. Контроль режима грунтовых вод на орошаемых землях. - М.: Колос, -1978. - 240 с.

4. Евграшкина Г.П. Влияние горнодобывающей промышлености на гидрогеологические и почвенно-мелиоративние условия территории. -Днепропетровск „Моно-лит", 2003. - 198 с.

5. Харитонов Н.Н., Евграшкина Г.П., Жиленко Н.И. Оценка перспективных вариантов сельскохозяйственного использования на стационаре в Павлограде (около шахты Павлоградская) № договора 08-151591-4-427, 2008.

6. Минашина Н.Г. Расчет допустимой минерализации вод для орошения почв.

- Почвоведенье. -1979. - №2. - C. 118.

7. Горев Л.Н. Мелиоративная гидрогеохимия /Л.Н. Горев, В.И. Пелешенко - К.: Вища школа, 1984 - 256 с.

Надтшла доредколегИ'05.03.13.