Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Оценка влияния золотоотвалов ТЭС на качество подземных вод

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Оценка влияния золотоотвалов ТЭС на качество подземных вод"

министерство высшего и среднего специального образования

РСФСР

Ленинградский ордена Ленина , овдена Октябрьской Ре во люда .и ордена Трудового Красного Знамена горный институт имени Г.В.Плеланова

Специализированний совет Д.063.15.07 На правах рукописи

КОВУ-ГЬ ТЗатьяна Евгеньевна

УДК 556.388f662.6I3.13

. оценка вшяшя ашотлов тэс т качество подземных вод

Специальность 04.СО.06 - Гидрогеология

~ ■;";. * А В.Т о Р е ф Б Р А Т ■ { , ■ диссертации на соискание ученой степей кэдщдата 'геолого-мннералогячесзих наук

Ленинград 1989 .

Работа выполнена на ка&едре гидрогеологии Ленинградского ордена Ленина и ордена 'ладового Красного Знамени государственного университета.

Научный руководитель - доктор геолого-шнералогичесшх наук,

■профессор А.Н.ВОРОЮВ

Официальные оппоненты: доктор геолого-шнералогаческкх наук, •

ведущий научный сотрудник В.Г.РУШШН

кандидат геолого-ыинералогических наук, старший научный сотрудник Ю.0.3ЕЕГ0ФЕР

Ведущее предприятие: Ленинградский государственный институт

по проекшровашпо водохозяйственного и мелиоративного строительства ЛЕ1Ш1Р0В0Д103

Запита состоится " 3I " .январу_ 1990 г.

в час. 50 мин. на заседании специализированного совета Д.063.15.07 при Лешградском горном институте им.Г.В.Плеханова по адресу: 199026, Ленинград, В.О., 2L линия, дом 2, ауд. _.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Ленинградского горного и не тип'та.

Автореферат разослан " 29 " дзкоДря_ 1989г.

Ученш секретарь спеш1ализироваиного coteia,

кандидат геолого-ьашералогачесысх - / •

цяуз: А.В.Кузьмин

„Iri-L.

_ J -3-

I • л i ОБЩАЯ ХАРАКТЕМСМКА РАБОТЫ

..» •ЯЦ'-'-Й f

" Одной из характеристик современного этапа развития науга и техники в стране является непрерывный рост энерговооруженности всех сфер человеческой деятельности. При этом неуклонно повышается значимость теплошх электрических станций /ТЭС/ на которые в настоящее время приходится более ЧО* всей выработки электроэнергии. Это влечет за собой резкое увеличение объемов отходов электростанций и приводит к серьезным экологичесыш и эконошчеснш проблемам. Б частности, увеличивается суммарная площадь золоотвалов, где складируется золошлакошй материал, транспортируемый гидравличесвш пут тем в виде пулшы. В настоящее время одной из серьезных эш-логаческих проблем является охрана подземных вод /ЦБ/ от за- « грязнешя хранилищами кидких промышленных отходов и,в том числе, золоотвалов.

Актуальность работа определяется необходимостью в получении достаточно точные и достоверных издрогеологачесшх прогнозов при решении эколого-эконокических задач проектировании и экспертизы-крупных энергетических объектов и,в тал числе , золоотвалов ТЗС /ЗТЗС/.

Цель диссертационной работы - обоснование и разработка методологических принципов экспертизы и прогнозирования изменения качества ПВ иод воздействием ЗТЗС , а такие системы гидрогеоэлшческого мониторинга при решешш задач охраны IB от загрязнешя.

Задачи исслецоганпй. исходя из целевои направленности работы, с водятся к следующему:

1.Выявление характера влгяния золоотвалов на ПВ по данным ког.ллексных гпдрогеолопгческлх ясследоваюЛ а района* размещения теплоьы.-. станций. '

2.Выявление осноеных причин и факторов, определяющих особенности воздействия 3ISC па ЦБ прилегшоцех территории.

3.Разработал г.стодшл проведения э^мя^оЛ оцешл п прогноза воздействия золоотъалов на ПБ, а такле выбора средств управления качестьом ПБ; разработай и обоснование с:;стсгы гг'дрогеолв.лчссього '•ojitroniiiira.

4,Отработка предложенной, методики ш конкретных энергетических объектах /на примере Назаровской и Ермаковсъой Г.Р5С/; выбор и обоснование эффективных, экономически оправданных заилтних мероприятий.

Методы исследований: натурные геолошческие, гвдрогесиоги ■■ ческие и гидротермические наблюдения; применение метода системных исследований; гидродинамические расчеты; методы математической статистики с использованием ЭШ; электроаналоговое моделирование; различные ввды анализов /хишческие, рентгеновский (¿лзовый, спектральный, а томно-абсорбционный, ренх-_ генорадиометрический и др./; моделирогаше изменения омического состава воды 31SC в зависимости от различных факторов , использование методов искусственного интеллекта /экспертные системы/.

Са-ктпческий материал, используемый автором в диссертационной работе, был получен в период с 1980 но 1989гг. при . исследованиях,проводимых сотрудниками лаборатории Э1УЗ ВШТГа им. Б.Е.Ееденеева на 14 крупнейшх ТЭС СССР, а также в период обучения автора в аспирантуре ЛГУ геологического факультета. Всего за период с 1965 но 19Ь9гг. автором отобрано и проанализировано около 5С0 проб воды, ¿0 проб дойных отломешй, 100 проб золы с электрофильтров,30 проб зо-лоилакового материала, выделенного из иулыш. Обвде количество выполненных анализов, вкличая результаты водных вытяжек и экспериментальных исследований, составляет более I0C0.

Научная ношзна Работа заключается в следующем:

1.Разработана методика проведения эффективной оценки и прогноза воздействия 37ЭС на ПВ на базе современной научной концепции системных исследований.

2.Обоснованы обвде методологические принципы выбора средств управления качеством ПВ в районах размещения 1ÜG • на основе системы "шфэрмация - отклик".

.Разработана экспертная система""Консультант", иозволя-ю;.ля полечить ка^чнообосно канале рекомендации по проведению экспертизы и прогпозирозанлю шчестьа ПВ под воздействием 3T0C« а так:.:е по организации системы пщрогеохишческого шш-

торлнга.

Драктическая ценность работы состоит в выявлении ведущх ректоров, определявши особенности воздейстэдя ЗТВС на грунтовые воды прилегающей территории , на основе сформированного автором байка данных главных характеристик системы "ТЗС-золоотвал-подземные воды"; в проведении классификации золоот-валов крупнейших отечественных ТЭС по характеру их воздейст-шя на грунтовые воды; в выборе маркерных элементов для проведения эффективной экспертизы и прогнозирования качества ПВ в районах размещения ЗТЭС, а также в системе гидрогеохимического мониторинга; в разработке практических рекомендаций по охране ПВ'для конкретных рассмотренных объектов.

Реализация работы. Разработка гидрогеологических аспектов проблемы воздействия ЗТЭС на геолопгческую среду проводилась в рамках научно-исследовательсгах работ по теме 0.55.09.02.С7 "Разработать проекты экспериментальных систем золоудаления, эолоотаалов, а также их элементов, в том числе, исследование загрязнения грунтовых вод фильтрационными водами золо от валов'.' Выполненные методические разработки использованы при проведении экспертизы качества ПВ и обосновании водоохранных мероприятий в районах размещения золоотвалов Назаровской и Ермакове ЕОЙ ГРЭС.

Апробация Работы. Основгше положения диссертационной работы докладывзлюь на I Всесоюзном съезде инкенеров-геологов, гидрогеологов и геокряологов /КиевД986/; на Всесоюзном семинаре, посвященном памяти Б.Л.Лнчгога 'Роль подземной гидросферы в истории Земли"/Ленинград, 19Ь8/; на Всесоюзном научном семинаре "Региональные гидрогеологические, ишкенерно-геологичестае, геокриологические исследогашя в целях охраны геологической средц'УМоскга Д9Ш/; на кон(1ере1;цг1ях молодил ученых ГЯГРИ/Москга ,19№ ,19Ь9/, на конференциях молодых ученых ЛГУ/Леш нградД 9 Ь8 Д9Ь9/.

■• Публикации. Основные положения диссертащонкой работа изложены в 9 печатных работах и 2 авторски спщетельспах га изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введешь семи глав и заключения, изложенных на 147 страницах текста,

и сопровоздается 59 рисунками, 18 таблицами и списком литературы из 168 наименований.

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии Ленинградского государственного университета под руководством доктора геоло-го-минералогнческих наук А.Н.Воронова. Автор признателен всем сотрудникам кадедри гидрогеологии ЛГУ за постоянное внимание к выполняемой работе; Е.В.Часовникоюй за ценнье советы при прогедении работы, Т.М.х'олвдиной за содействие и помощь в проведении исследований,

СОДЕРЖАЩЕ РАБОТЫ

Глава ьашизсоврешшого ..состояния проблемы боздбйсхеия

эолоотвмов isc на подзешзьй веды и еыбор путей. и методов - _____

ее решения»

В иастадшее время советскими и зарубежными авторами рассмотрен достаточно широкий круг вопросов, касаюшхся загрязнения IIB и его распространения, которые нашли отражение в работах Ф.М.Бочевера,ВЛ,1.Голадберга,И.К.Гашч,Н.Н.Верш1на,

B.И.Лялысо, е.л.Минкина,в.а.:.]ироненко, А.Е.Орадовской.В.Г.Ру-ыынина, А.А.Рошаля, В.М.Шестакова, Ж.фрвда и др. Исследования, связанные с физико-зимичесыад процессами цри миграции вещества вПВ, освещены в работах Н.Н.Веригина.В.С.Голубева,

C.Р.Крайнога, Ф.К.ТЬтзоновой, В.М.Швеца и др. Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что ПВ

наиболее часто загрязняются ингредиентами таких отраслей промышленности как рудообогатительная, горнодобывающая, лн.мче-' екая, металлургическая, нефтеперерабатывам^я. Воздействию этах производств на геологическую среду уделено достаточно большое внимание, а многие из. них изучены в.этом аспекте достаточно полно и детально. В тоже время гораздо меньше внимания уделено' псследошшда влияния хранили« энергег.<чес:лх производств на качество ПВ.

Оценки влияния золоотьалов на ПВ, выцолненше различными исследователям* за последние 20 лет,, были достаточно противоречивыми. С одной стороны золоотвалы был: признаш источниг-аш злмкческого и родиоактиЕКОго; загрязнения ПЬ, с другой, считалось, что'в сточных водах ЗТЭС особый-загрязнителе?! нет .

/А-А.Бондарев,Л.Н. Назарова, 19Ь2; Т. Е.Алексе еш, Т.М.Голвди-на, 1960,1981,1984; В.П.Терский,Э.л".Добкин, 1981,1985; А.Ю. Озерский 1983,1984; В.К.Янчев, 1977,1980,1984; В.В.Тетелшян, Р.Т.Шугалей, 1982; вчов 6. , 1981; Rc.coui7.l985; а

1981; С-пЧЦа А. ,1980 и др./

Столь разноречивая трактовка золоотвалов не позволяла выработать единую политику по проектированию, проведению контроля за шчеством ПВ, составлению достоверного гидрогеологического прогноза и, как следствие, обоснованно выбрать средства по управлению качеством ПВ в районах размещения 31ЭС.

Отсутствие единых методологически: принципов экспертизы и прогнозирования изменения качества ПВ под воздействием 31ЭС объяснялось,во-первых ,тем, что круг задач, рассматриваемых, исследователями, как правило, касался локальных вопросов и решался для каких-либо конкретных объектов, или жа имел целевую направленность отличную от поставленной в работе; во-вторцу.>специй!кой химического состава сточных вод ЗТЭС, тк-симальная минерализация которых составляла 12 г/л, средняя 3-5 г/л (по денным ЗТЭС СССР].

ТЪсюе переплетение гидрогеологических, эколого-биологп-ческих и эконошко-правовых задач при обосновании и выборе управляющих средств воздействия, направленных на охрану ПВ, требует привлечения разносторонних и глубошх знаний из различных отраслей науки. Наиболее приемлемой методологической основой рассмотрения сложных природно-техшческах объектов при решении природоохранных задач и,в том числе, охраны ПВ являются системные исследования.

Системный подход позволяет раскрыть внутренюю сущность объекта, как единого целостного структурированного мнолюства, имеющего сложные и многообразные связи и взаимоотношения внутри себя и с другими объектами. Системный дбдход""позволяет'по^ лучить правильные ответы на поставленные вопросы, однако требует от разработчика и проектироввдка широкой эрудиции и еы-согоГ: квалификации. "Шше 'требования безусловно трудно осуиес-тгить при больном числе рассматриваешь..оцениваемых и проектируемых объектов. Одним из путей преодоления этих трудностей является разработка соответстгуюилх экспертных систем.

Гыбор метоно-огическчх принципов проведения экспертизы

и прогнозирования воздействия ЗТЭС на ПВ, а также выявление особенностей воздействия и разработка практических рекомендаций но защите ПВ проводилась на основе научного анализа и обобщения данных, полученных на 14 крупнейших станшях страны. В их число вошли: Бурштынская ГРЭС.Гушноозерская ГРЭС.Ерма-ковская ГРЭС, Кураховская ГРЭС, Красноярская ТЭЦ, Назаровепая ГРЭС, Новочеркасская ГРЭС, Павлодарсьие ТЗЦ, Прибалтийская ГРЭС, Приморская ГРЭС, Рязанская ТТЗС, Томъ-Усинская ГРЭС,хабаровская ТЭЦ.Экибастузская ГРЭС.

Глава II. ГЕОЖО-ГИДРОГЕОЛОШЕСКПЕ ОСОБЕННОСТИ И ОЦЕНКА. ЗАШШЕШОСШ ПОДЗЕМНЫХ ВОД РАЙОНОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ЗОЛООТБШВ

О 'ДОЕС ТВЕНПЫХ 1ЭС. -. - -......

. В данной главе рассмотрены геологические и гидрогеологические условия районов, где расположены выбранные для изучения ЗТЭС, произведен сопоставительный анализ этих услош^и дана оценка защищенности первого водоносного горизонта.

Исходя из того, что основная нагрузка загрязняющим веществами, поступавшими о поверхностных отвалов, падает на горизонт грунтошх вод, ему в работе уделено особое внимание.

Анализ районов размещения ЗТЭС показал, что все она располагаются в речных долинах в пределах поймы и надпойменных террас. Это связано с тем, что проектные обоснования илоща-док размещения гак самих станций,так и золоотвалов определяются большой "водоемкостью" предприятий, и для обеспечения водоснабжения мощных ТЭС их стараются разместить на берегах ¡рунных рек или в прибрежной морской зоне.

Гидрогеологические условия рассматриваемых участков, где расположены ЗТЭС, характер13уются распространением грунтошх вод в аллювиальных четвертичных отложешя*. Бодовмещаюидеми породами преимущественно являются песчаные и гравийные отложения. Зона аарацш представлена маломощным слоем су г ли низ в и супесей. Грунтоьке воды слабо зачтены от проникновения в них иагр*-а11яи,нх веществ с поверхности. Оценка запущенности, еы-нолпсшая по методике В.!*.Гол1дбсрга, поллляет отнести их к пергой и второй категории завдщенпости. Посшлыу в боль-щннство рассм1трп1.аемых случаев грунтовое воды используются для хоз^1 стоеипо-питьеього юдоснаб^длзш, то от при их слабой

природной защищенности априорно нуждаются в проведении природоохранных мероприятий при создании поверхностных хранилищ жидких промышленных отходов.

Глава III. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИРОД Ш-ТЕХШЧШМЕ ХАРАКТЕРНО ТИКИ ЗОЛООТВАЛОВ ТЭС. КЛАССИШКАВДЯ ЗОЛООТВАЛОВ КРУПНЕЙШХ ОТШЕО-ТВЕННЫХ ТЭС ПО ХАРАКТЕРУ ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ Як ПОДЗВДЩЕ ВОДЫ.

С иелью изучения воздействия оТЭС на ПВ в районах расположения станций были оборудованы специализированные наблюдательные сети скваган, где осуществлялись комплексные ремш-ные гидрогеологические наблвдения за изменением уровней, тем--пера туры грунтовых вод, а также за изменением химического состава, определение которого проводилось по значительному количеству неорганических веществ, нормируемых ГОСТ для питьевой воды.

Результаты исследовании показали, что золоотвалы оказывают негативное ьоздейетте на грунтовые воды, которое выражается в химическом и тепловом загрязнении, в повышении уровней грунтовых вод и подтопленяи территорш, где расположены дачные поселки л сельско-хозяйственные угодья. Во всех рассмотренных случаях повышение уровня составило в среднем 1,62,5 м, а увеличение температуры ПВ в районе ЗТЭС по сравнению с фоновой достигало значений 7 — ХО . .С».а длинэ зоны роо-' пространекия аномальных температур 2ОС-ЗО0 м. ,

Негативные изменения в.химическом составе грунтоьых вод прояшлись' в большинстве случаев в значительном увеличении концентраций шкрономпонентов,- таких как F,A>, 0»,РЬ. ' '

Содержите многах из шх в 1,5 -10 раз превышали, значения. , . ПДК для питьевой кеды. В ряде изучаемых случаев было зафиксировано пресыщение в 2 -3 раза', lió сравнению с нормируемыми значениями, величины i/инерали'зают, кесткости, концещраик11'' сульфатов и хлоридов. Длина зоны распространения загряз не ¡ля , достигала значений 1,5.- 2,0 км.

Изменеш1я падроданаютческого и гсщро термического режимов ео всех случаях удовлетворительно объяснялась конструктивными особениостяга отвалов, геолого-гадрогеологичесгами условиями изучаемых терриTopirfi,. тешературнш режимом сточной воды в золоотвале. Анализ гидрогоожотесг^х. изменеий» помзал.

что перечня элементов- загрязнителей настолько разнообразны, что не поддаются единому объяснению, выбору единых приоритетных, гидрогеохимичесгах процессов и,как следствие, не позволяют составить обобщаювдй прогноз по изменению качества ПВ как на существующих объектах так и на проектируемых. Это требует особого подхода к выбору 1фитериев оценки воздействия ЗТЭС на ПВ, дальнейшего направленного изучения ведувдх гидрогеохимических процессов и составления прогнозных моделей на основе этих критериев.

Получение достоверных гидрогеологически: прогнозов выцшт-ет особые требования как к точности и надежности применяемых методов прогнозирования, таи и к получению максимально полной и качественной исходной информации. Для обеспечения максимальной полноты исходной информации в состав рассматриваемых факторов долхиы быть включены всевозможные природные и технические характеристики, способные потенциально влиять на особенности воздействия ЗТЭС на ПВ.

Отсутствие перечня совокупности факторов, которыми определяется появление и распространение загрязнений в ПВ под воздействием ЗТЭС лимитируется отсутствием единого банка данных, В работе предложена методика и реализован банк данных характеристик, определявших особенности изменения качества ПВ в районах ЗТЭС. ^ табл.).

На базе составленного банка данных и современных

проектных требований к созданию и эксплуатации 73С была разработана классификация золотовалов крупнейших отечественных ТЭС по масштабам загрязнения с учетом качественно'—количественного состава загрязненных грунтовых вод. Представленная классификация состоит из трех групп: группы малого отрицательного воздействия /золоотвалы Прибалтийской,Назаровской ГРЭС, Красноярской ТВЦ/; группа умеренного отрицательного воздействия /золоотвалы Бурштынской, Гусиноозерской.Кураховсюй.Но-вочеркасской, Приморской, Рязанской, Томь-усинской ГРЭС и Ха -баровской -ТЭЦ/; группа-значительного отрицательного воздейст-- вая /золоотвалы Ертшвской',' Зшбастузской ГРЭС и Павлодаром*

. Глава -ЦГ. РАЭРАБОШ ШСЩЭД ПРОВЩЕШЯ Э«ФЕШВЮЙ ОЦЕНКИ

И ПРОГНОЗА. ВОЗДЕЙСТВИЯ 30Л00ТВШВ ТЭС РА ПОДЗШШЕ ВОДЫ. РАЗРАБОТКА ОСГОВШХ ПРИЩШОВ ВЫБОРА СРЕД.СТВ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПОДЗЕМШл ВОД И ОЬОСНОВАШЕ СИСТЕМЫ БЦРОГЕОЖМЧЕСКОГО ЫОШТОРИНГА.

Характеристики, определяющие особенности воздейстшя ЗТЗС на ПВ и обеспечивающие определенный уровень полноты инфорт-ции, обладают значительней разнородностью 2 относятся к различным традиционным научным дисциплинам. Создание модели с единообразным объяснением всех особенностей поведения столь сложного объекта изучения невозможно и нецелесообразно, так как при ее составлении приходится пользоваться целым набором концептуально разнородных моделей и соответствующей им понятиям, математическим аппаратом, средствами наблюдения и представления данных. Причем применяемые методы исследований характеризуются различным содержанием, направлешюстью, резко различной степенью детальности и достоверности.

Наиболее приемлемой методологической основой подхода к решению таких задач являются системные исследования.

Ра основе сфэршро ванного банка даншх с учетом целевой постановит задачи была предложена базовая система "ТЭО-золо-отвал-ПВ". Система состоит из пятя основных элементов, на особенности взаимосвязей кеэду которши влияют следу виде характеристик: химический состав топлива, зольность топлива, характеристики' золошлакового материала, существукэдая система золоулавливания и ее ШД, существующая система золоудаления, консистенция пулыщ, характеристика воды, идущей на смыв, наличие систему оборотного водоснабжения, количественная оценка авриГных сбросов, конструктивные особенности золоотвалов, ха-. рактерлеппа экранирующих свойств донных отлоаений, характеристика зоны аэрации, характеристика т.япируадил. загрязнителей , характеристика механизма миграции, литолого-генешчес-гая характеристика водовт.'с^аюадго ьмалвиса» хэдродзязгачес~ гая хараг.тергс1И1®, характеристика Зильгрэдгоынод илгвлчиьост- ■ та, цизико-химичесгае пзалмодейеття сточных вод с ПВ Д гор-кзя породами, кш-аетчес^ю характеристик!..

В рамках имеющейся информации о фунвдюнироктпт реальных

различного рода золоотвалов предложенная базовая система позволяет учесть максимальное число факторов прямо или косвен-ноЬлпякддах на процессы изменения качества ПВ под воздействием ЗТЭС. На основе предложенной базовой системы, в зашси-мосга от направленности решаемых задач можно, выбрав наиболее существенные факторы, получить конкретную систему, на оо-. нове- которой провести эффективную оценку изменения химического состава ПВ. Недоучет системности явлений, необоснованное , нринебрежение одними 1 характеристиками по отношению к другим обесценивают точность чисто гидрогеологической информации и построенные па ее основе модели. Это часто придцит к не-^адекгатому результату прогнозирования и,ш следстше, к необоснованно большим экономическим потерям как на этапе сбора информации, так и этапе принятия реиений во защите ПВ и их внедрения. • -

Для правильного выбора средств управления хлчестЕОм ПВ необходимо существование непрерывной, динамической, обратной связи меаду тремя основными видами работ: сбором фактической информации; разработка! прогнозных моделей; принятием приро-доо храним-. решений и их внедрения. Объединение в едини! процесс всех шдов работ предложено проводить на основе системы "инфоргаиия - отклик". В идейном плане система "информация -отклик" основана на признании возможности неполноты и неоптимальности рак информации, извлекаемой из фактических данных, так и решений, принимаемых на основе этой информации. Фундаментальной концепцией при рассмотрении систеш "информация-отклик", является такой подход, который количественно связывает исходные данные, информацию и приемы принятая решений,реал1 -заьию этил решений, результаты, получакщеся в итоге управле-шя. Структура прогнозирования и управления г-ачеством ПВ с ис -вользогашем системы "информаьия -отимк" представлена на рис. 1. При формализации ее можно предсташть уравнением:

где: 1 пуормация о рассматриваемой прнродно-техногешюГ; спсц?-томс "ТОС -золоотвал -ПВ" ,генертф.\ емая лодсистегюГ: информация; I )01протная рга.'з:з»гц1гя 1 ;Н(«> 8)фуи1-.ц.чя распределения веро- • я^носте.". ] , в заьисчг-огтп от 9 , где 0 состояше качества

В. Н1 задается в связи о необходимостью учета неполноты инфор-ации, получаемой в информационной подсистеме ;р(б)распред еле шв ¡ероятиостей состояния качества 11В, характеризуемое неполнотой :нформации1 системы "ОЭС-золоотвая -ШЗ"; решаюиея фунх-ия, формирующаяся в подсистеме отклика.Это реакция нацосту-[аицую информацию из информационной подсистемы;1(^>Д?/аотери, с которым приводит данная система управления, если решают я ^ункшяД(1)реализована, а состояние качества ПВ 6 перешло, з состояние У ; р( V) распределение вероятностей состояния сачества ПВ после проведения запятых мероприятий; Я (аемый ущерб для данной решакшей функции^! ГО или риск при ее )еализации.

Интегрирование проводится по всему пространству состояний эбъекта при фиксированной информации о нем(с(, 8 и (Ж ^ и по пол-югу информационному пространству | (с1Л)

пооснсгсгго 9*мФоенйцио* яолсистема, огк/шк '

В услошях оптимальней решавшей функцтг и полной пн|ор-!/ац!пт риск монло расчлтать, как

. &£ А >

где: Л- множество решений для данного 8 ; 1 полная информация о рассматриваемой системе; оптимальная решающая ф* нкция, минимизирующая риок.

При оценке полно,! эффективности слстеш ее можно предста-шть в виде трех элементов: эффективности и нформацшРг ЖIМ эффективности отклика^ (1,Ц)/(С- (Ш,^') общей эффективности

1де. р,'- риск, воакикаюикй, при отсутствии реакции в подсистема отклика на поступающую информацию; - риск в условиях

полней информации и потенциально реализуемой решающей функцщ . - риск, соответствующий оптимальной решающей функ-

ции, определяемой информацией I .

Такой ^одход необходим для оценки альтерната ьщи решений на основе критерия "затраты-качество ПВ". 1&кш подход является хорошим эталоном для сравш тельного аналиаа применения различных средств управления качеством ПВ в районах ЗТЭС (применение известных локализующих и предотвращающих загрязнение мероприятий; размещение золо отвалов на участках с прошей природной вавдщенюстью с учетом потерь на увеличение длины трасс трубопроводов, на оборудование ит.д.; модернизация производства к применение наиболее совершенных эшлогичесш безопасных технологий производственных'процессов, утилизация отходов до поступления в систему гкдрозолоудалешя и использование . их в народном хозяйстве и др.)

Столь широкое рассмотрение вопросов прогнозирования и вол росов управления качеством ПВ требует привлечения высококвала фацирошнных специалистов, большой резерв згреыени для сбора полней информации и определенные денежные ресурсы. Для грамог-ного решения задач в рамках предложенных методик, с учетом критерия "затраты-качество ПВ" разработана экспертная систем "Консультант". Данная экспертная система /эс/ иредставляог со-боЯ программу интерактивного шаямоденстшя пользоьателл-кеспе циалиста с базой знаний эс, Методологически наиболее кынщл моментом пр55 конструировании эс является выбор способа нредс-тааяешя зиагай, адекватного структуре информации, имеющейся

- 15 -

о задаче. В данном случае была выбрана модель продукционных правил с элементами фреймового представления. На этапе создания базы знаний эксперт описывал свои представления о факторах, существенных для щделения маркерных элементов, на языке, близком к естественному,в гаде правил юта " если... то". . Кроме того эксперт указывал поряцок и последовательность использования основных правил, путь разрешения конфликтов .между правилами, их иерархии, взаимосвязи и исключения, возможные варианты и вероятности распределения значений параметров. После объединения этих прашл в единую логически увязанную совокупность модуль логического вывода ЕС готов к работе с пользователем-неспециалистом. Совокупность возмолшых выводов системы, получаемых с помощью введеных экспертом продукционных правил, мокно описать как продвижение по древовидному графу, состоящему из узлов "и/или"(рис,2\

рис.2

ЗС "Консультант" неправлена на получение совета о маркер.-ных элементах, которым при проведении экспертизы качества ПВ и при составлении гидрогеологических прогнозов распространения загрязнения следует уделять первоочередное внимание, она позволяет выдай» рекомендации по дополнительному сбору ииформаци для прогнозных моделей на основе характерных ореолов загрязне-

• Иш. ЭС "Консультант" может быть использована при обосновании системы мониторинга, которая занимает особое место в ох' ране подземных вод / Ю.А.Израэль, И.П.Герасимов,В.М.Голвдберг,

ф.И. ТйтюЕОваи др./. Она позволяет в системе мониторинга выявить основные элементы-загрязнители, которым должно быть вы-

• делено ведущее место в общем списке определяемых ыомпонетов, . обосновать особенности размещения скважин наблюдательной, сети

. я Перяодичностьгвдрогеохимических опробыьашй. в районах ЗТЭй Глава У.' ШЭД0ВШЕ,ЗШ)ЮМЕР]ЮСМ ИЗМЕНЕН® ГЦЦРОДИНШ-. ЧЕСКОГО И ГИДРОГЕОЭДШВСКОЮ РЕЭДШВ НА ПЙШЕРЕ НЬДАРОВСИЙ И. ЕЕШКОВСКСЙ ГРЭС. .

Глава посвящена использованию разработанных принципов и методов для решения конгретных_задач охращ ПВ в районах Ерма-ковоной ГРЭС /ЕГРЭС/ и Назаровской ГРЗС /НГРЭС/. Выбор станций предопределен тем, что ош входят в состав проектируемых .. урупнеЯшх енергокшплексов отраны, топливной базой для которых являются угольные бассейны Зкибастузсшй и Канско-Дчинс-кий соответственно,,а также их принадлежностью к различна.", грушым предложенной, классификации.

Гидрогеологические у ело ей я рассматриваемых участков харак -: терпзуются распространение;.! грунтовых вод в аллювиальных чет-• вертачкых отложениях р.Иртыш^ЕГРЭС} и рДудым( НГРЭС).

Комплекс исследовании, включавший в себя многолетние ре^и- ' .мнке тблщенкя за грунтовыми водами, гдцролшические опро- . бывания поверхностных водотоков, золоотьалов и других различных локальных источников загрязнения, сбор дашшл цо химичес-1-0му составу атмосферных осадков (по данным снеговой съешн/ позволил у?такоз1ть факт загрязнения ПВ, ко не позволил количес-тгенно описать роль различных техногенных объектов в этом загрязнения« Т«е.»отсутствовала возможность выбора и реализации ■ первоочередны;, мер по охране ПВ.

- 17 -.

Применение разработанных принципов и методов с учетом результатов, полученных при статистической обработке данных (ко-, релявионный, регрессионный, гревд анализы, факторный' анализ) позволили идентифицировать области загрязнения грунтовых вод и выявить роль 31ЭС в этом загрязнении..

Б системе "ТЭС -золоотвал -ПВ" для Назаровской ГРЗС ведущими характеристиками являотся: высококальшевые золы, которые формируют в золоотЕалах высоко щелочные веды; малая консистенция пульпы (1:5С) и прямоточная система водоснабжения, которые определяют величину сточных вод и концентрации нормируемых ингредиентов, не превышающих ПДК. Мощный щелочной барьер в сточных водах(рН=12) снижает миграционную способность элементов-загрязнителей. Снижение проницаемости отложений за счет эффекта цементацш и кольматацгсл значительно уменьшает фильтрационные потери из отвала. Низкое значение КЦД золоулахяте-лей способствует интенсивному загрязнению грунтовых вод воздушными шгрантами-загрязштелдал. Постоянные сбросы вод отвалов в реку приводят к резкому ухудшению качества поверхностных и подземных вод. "Вклад" золоотвалов в изменение химического состава грунтовых вод при такой системе эксплуатащи всего комплекса ГРЭС незначителен. Первоочередные меры по заил-те ПВ должны быть направлены на изменение технологичеешх и эюплуаташот.ых режимов комплекса ГРЭС.

В системе "ТЭС-золоотвал -ПВ" для Ермаковской ГРЭС ведущие характеристики представлены: химическим составом топлива с высокими абсолютными значениями и большим разнообразием элементов загрязнителей, консистенцией пулыш(1:10), системой оборотного водоснабжения, высоким КПД и смешанным шдом золоулавливания , определяющими формирование солоноватых сточных вод с минерализацией 3,5г/л, концентрациями фторидов более 1С мг/л, сульфатов 1500 мг/л,арсенатов 0,3 мг/л, повышенными содерганилтпМп.Мо.У; рН=1,5 ; а также климатическими характеристикам*. Среди гпдрогсологичэсгах характеристик модно ввделить: гидродинамическую активность источника ь = 4500г^су^ лчтологлческую характеристик водошещаюшкх пород, гетерогенность водоносной системы, преимущественные механизмы ьт-радан, характеристику мигрпруюикх загрязнителей, а:.¡у.ко-:л:г-1чес е .процессы взаимодействия загрязнении.-. сточных вод с ПВ л

горными породами. Прогнозирование влияния золоотвалов Ерма маской IT3C на ПВ осуществлялось на основе расчета распространа-неняя фторид ного загрязнения с использованием известного решения Доверье. За 25 лет работы отвала длина зош распространения загрязнения превысит 3.0 км.в которую попадут все мелгае водозаборы поселшЕ. В качестве защитного мероприятия предложен экран из золы л цемента.

Глава у1. лабораторные исследования параметров основных характеристик систаш "тзс -золоотвал - ив".

Методология системного подхода к решению поставленных задач определила выбор конкретных направлошй и способов проведения лабораторных исследований, позволявших получить числа1-ные значения параметров ведущах характеристик систем.

Цикл лабораторных исследований бш! направлен на выявленае особенностей формирования химического состава сточных вод ЗТЭС в зависимости от консистенции пульпы,от многократного контактирования золы с водой (модель оборотного водоснабжения), от вдда ЗОЛОШШКОЕОТО материала. Проведенные исследошшя выявили монотонное нарастание величины минерализации и концентрацй нормируемых ингредиентов в сточной ьоде по мере роста концентраций пульпы и количества контактов золы с водой, причем полученные аксперимеитальные зашсимости }-арактер13ошлись резкой нелинейности).

Следующая серия лабораторных исследований была посвящена изучению (фильтрационных сюйств экранирующих отложений из высококальщевои золы. Высококальдаевые золы в результате взаимодействия с водой способны к самостоятельному уверценша и цементации, что в услошях золоотшлов резко сникает проницаемость ложа хранилища. Была выявлена общая закономерность уменьшения проницаемости и црочностны-., свойств отложений во време-ш, которая огисыюется уравнением:.

где: Кф-¡лэуфгат епт фильтрации в данный момент времени!; Ко iv0-Di}<J.':b,-H'i;T ук.атрацял в начальный момент времени; J.* ß кон-С1ТШТЦ, >ара; тирмис для дпт.ого золошлакового материала, ^наче'яя констокт дл). золы ЛГРЭС состакил Л =0,15 ß =0,6L. 0.;!ггтм гз ia;.;üi:: о кто и исследоии::Л для оцешл процессов мае-

сопереноса в ПВ является определение сорбилонной емкости грунтов. Лабораторные определения коэффициентов распределения для различных пород - глин, песков, суглинков проводились с целью получения достоверных прогнозов по распространению фторидного загрязнения в районе золоотгалов ЕГРЭС. Полненные экспериментальные зависимости удовлетворительно описывались изотермой Генри, а значения коэффициентов распределения равнялись: для песков JS = 6,2 - 8,4; для суглинков JS* 0,5» 1,5; для аральских глин ОД - 0,6.

Глава У11. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ СРЕДСТВ ЗАВДТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЗОЛООТВАЛШ ТЭС.

В главе рассмотрены различные средства заиятк ПВ от загрязнения, которые делятся на профилактические, локализующие, вос-станавлпваюкле керонртятая. В особую группу профилактических мероприятий мокло выделять противофяльтрационнне экраны. Qiyma яз специддгчесшх нпдов экранов признаны экраны из шламов -твердой фазы пулшы, сбрасываемой в накопители. В качестве одного из средств охраны ПВ автором разработаны экономически обоснованные покрытия из золошлакового материала, эффективность которых подтверждена авторскими ощцетельствамн я пракхичесмм внедренном. • " ' ;

Экран из алшорремшевой золы представляет собой двухслойное покрытие из водоудершвающего и подстилающего слоев: При создании водоудер;;явающего слоя ..предложено использовать смесь золы л цемента в соотношении 10$ - 90%, а в качестве подстилающего слоя использовать шлак. Целесообразность такой компановки подтверждена выполненными технтсо-эконовдческики сравнениями вариантов.

Способ создания экрана из высококальцяевой золы основан на ее способности к сапотвердению и цементации. В разработанной способе предложены ряд особых технолохячесшх приедав позюляюилх свести к мяшмуку эффект образования треипн дрг. твердении покрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Основные выводы диссертационной работы сводятся к следук-

LiCMy:

I. На основе комплексных гидрогеологических исследований

- 20 -

было выявлено негативное воздействие ЗТЭС на ПВ, которое выразилось в хжмическом загрязнении, тепловом загрязнен», в изменен** уровенного режима грунтовых вод 1что привело к подтоплению и .заболачиванию терщторий).

2. Разработана методжка я на ее основе сформирован банк

' данных основных характеристик, определяющих особенности воздействия ЗТЭС на ПВ, отвечающий требованиям полноты информации

3. На основе банка данных составлена классификация золо-отвалов 1фупнейших отечественных'ТЭС по характеру кх воздействия на ПВ.

4. Предложен способ выбора маркерных элементов, подлежащие первоочередному контролю при проведения экспертизы и прс соа-дании системы гкдрогеохимического мониторинга в районах размещения ЗТЭС, а также используемых для решения прогнозных задач прн моделировании приоритетных гвдрогеохимичесгах процессов.

5. Разработана методика проведения эффективной экспертизы и прогноза воздействия ЗТЭС на ПВ, заключахшеяся: в системном подходе к решаемой задаче; в составлении конкретной системы на основе предложенной базовой сжстемы, в зависимости от целевой направленности задачи; в выборе ведувдх характеристик и в получения по ним дополнительной фактической информации 1юплйБше,технические, природные параметры, объ- . ём и направленность полевых исследований) на основе конкретной составленной сжстемы, а также в составлении моделей объекта и осуществлении системного прогнозирования с учетом полноты информации об объекте на основе созданных иод елей объекта в пространстве его состояний к во-временя, ''

6. Разработана простая экспертная система "Консультант", позволяющая получить эффективные рекомендации, до проведение . экспертизы качества ПВ на 31ЭС, рекомендация по. выбору маркерных элементов, лодлежашх. первоочередному контроля а системе гицрогеода,отческого мониторинга, а также при проведении прогнозирования изменения качества ПВ в районах 31ЭС.

7. Разработаны" основные принципы выбора средств управления качеством ПВ на основе системы "информация-отклик".

8. На основе предложенных методологических подходов проведена экспертиза качества ПВ в районах золоотЕалов Назаров-

- 21 -

с кой п Ермаковской ГРЭС, выявлены основные характеристик!, влияю,ле на процессы изменения качества ПВ. Предложены решения по организации гидрогеохнмического мониторинга, а также мероприятия по охране ПВ.

9. В рамках конкретных рассмотренных систем для Еазарово-кой и Ермаковсой ГКЭС на основе провадешой экспериментальной работы получены численные значения параметров ведущих характеристик система "ТЭС-золоотвал-ПВ", позволяюше осуществить системное прогнозирование и выбрать эффективные средства охраны ПВ в районах размещения ЗТЭС.

10. В качестве одного из средств охраны ПВ разработаны и предложены экономически обоснованные покрытия из золоплакоюго материала, эффективность которых подтверждена авторскими, сш-детельстпамя и практическим внедрением.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1.Охрана подземных вод от загрязнеиия./В сб.:Докл.гидротехи. XVI

конф.мол.научн.раб. - Л.:ВНИИГ.1983. 426-433. Деп.в ИНфОРНЭНЕРГО 14.11.84. N 1364 эн - ДВЗ.

2.Ноделирование гидрогеол. условий при изучении загрязнения подземных вод (на примере шланокакопителя Калининского ПО "Хинволокно")./В са.:Докл.гидротехн. XVII кенф.мол.научн.раб. -Л.:ВНИИГ,1985. 93-98. Деп.в ИНфОРНЭНЕРГО 28.10.85. N 1972ЭН-Д85.

3.факторный анализ как метод изучения гидрогеохинических полей района золоотвалов ТЭС.-Л.:ВНИИГ.1987. 1-11. Деп. в ИНфОРНЭНЕРГО 29.01.87. N 2638ЭН.

4.Особенности изненеяия качества подзенных вод под воздействием золоотвалов Тас./В сО.:Иат.Ш научи.конф.мол.учен. НГРИ.-Н.:НГРИ. 1988. 71-76. Деп.в ВИНИТИ 2.11.88, N 78513Н- - В88. (В соавторстве с Казаковой в.А.).

З.Воздействие золоотвалов ТЭС на гидрогеологические условия городской застройки./В ¡<н.:Совр.проблени инженерной геологии и гидрогеологии территории городов и городских агломераций. - Н.:Наука.1987. 214-215.

¿.Воздействие фильтрационных вод золоотвалов на подземные воды. /В кн.:Состояние и перспективы развития методолог, основ хим. и биол. мониторинга поверхностных вод суши. Тез.докл. XXIX Всес. гидрохим. сове.д. -Р.на Д..-Гидрохим. ии-т,1987,1, 173-175.

7.Системный мониторинг гидрохимических полей в районах золоотвалов тЭС.//Вестник Лениградск. университета, 1987,сер.7.вып.3.93-94.

8.Прогноз изменения качества подзенных вод под воздействием золоотвалов ТЭС./В кн.¡Прогноз, изменений геол. среды под влияннен техногенных воздействий. - Киев:Наукова думка.1989. 114-116.

9.Основные аспекты воздействия ТЭС на формирование вод техносферы. /В кн.: Р о л ь подэенн. гидросферы в истории Эемли.-Л.:ДГУ.1989.63-04.

10.А.с.1150291 (СССРК/Противофияьтрационное покрытие хранилищ. //Бол.ГКИ СССР.1965.14.Е 02 В 3/16.(Совместно с Добкинын Э.Л.).

11 А с 1390294 (СССР)./Способ изготовления вротивофильтрационного покрытия.//Бюл.ГХИ СССР. 1988.15,Е 02 В.(Совместно с ДоЬкиныи Э.П.).