Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Влияние промышленного комплекса на режим и состав природных вод (на примере КПО "Фосфорит")

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние промышленного комплекса на режим и состав природных вод (на примере КПО "Фосфорит")"

•'Л- 0 С? V

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ,ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ■ '

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГВДРО^ТЕОРйЯОГИЧЕСКИЙ ИИСГЛТУТ

На правах рукописи УЖ 631.85.061.5

БРОДСКАЯ Нина Александровна

ВЛИЯНИЕ ПРОМЬШШШОГО КОШШХСА НА. РШМ И СОСТАВ ПРИРОДНЫХ вод ( на примере КПО "Фосфорит" )

специальность 11.00.07 - пирология суши, водные ресурсы и гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических натх

Санжт-Петэрбург 19Э2

Работа выполнена е Российском Государственном гидрометеорологическом институте

Научный руководитель - -Заслуженный деятель науки РС5СР, доктор географических наук, профессор С.А.Чечкин

Официальные оппоненты: доктор геолого-ыинералогических наук, профессор Р.Э.Дашко

кандидат географических наук,

старший научный сотрудник Б.С.Устшанин

Ведущая организация - ЛзнНШГшрохим

Зацита состоится "ДУ" ***** и 1992 г. в часов иа заседании специализированного совета К.063.19.01 в Российском Государственном гидрометеорологическом институте.

Огэыш в дьух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98, РГГШ, Учёному секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного гидрометеорологического института.

Автореферат разослан V?}" 1992 г.

Учаиый секретарь специализированного совета

к.г.н, . Л/У У^^^Й^Йкинис

ОНЩ ШАКЖИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Изучение ресурсов подземных вод, их динамики, релима, охрани и рационального использования в зонах влияния крупных промышленных предприятий представляет собой важную комплескув проблему. Недостаточная изученность этой проблемы и распространенное мнение о естественной защищенности подземных вод от техногенного воздействия, а также отсутствие научно основанной твории прогнозирования массо-энергообменных пропессов в тех-ногеосистеме,включающей застроенную промышленными объектами территория отработанного карьерным способом месторождения привели к дефициту или низкому качеству исходной гидрогеологической ин~ (Юриации,полаженной в основу рабочих проектов.

Базовым предприятием для выполнения работы определено Кингисеппское производственное объединение ( НПО ) " фосфорит* -крупнейшее горно-химическое предприятие на северо-западе России, единственное в мировой практике построенное на нарушенных грунтах. В результате этого,на предприятии создались условия,способствующие подтоялени» прошвшенной площадки .загрязнения грунтовых вод, изменению их динамики и другие негативные последствия техногенной нагрузки.

Б связи с этим изучение и прогнозирование воздействия промышленного предприятия на режим уровней и состав грунтовых вод является актуальным направлением экологогидрогеодогических исследований.

Работа вменялась з 1977-1980 гг. в соответствия с заданием ГШ СССР 085.0b.06. и комплексной программой Минвуза РСФСР.В 1981-1985 гг.,а также в 1385-1990 гг. по комплексной программе Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда".

Цель диссемсяионной работы заключается в научном обосновании методологии проведения и интерпретации результатов исследования влияния крупного горяо-химического предприятия на экологическую обстановку в регионе;разработке структуры н состава сети мониторинга грунтовых вод и решении гчогнозных гидрогеологических задач.

Задачи исследования применительно к конкретным условиям КТО "Фосйори?" и прилегающего района:

-изучить современные гидрогеологические условия территории,Факторы Формирования режима уровней,очагов и ареалов загрязнения грунтовых вод;

- разработать типизацию режимов уровней грунтовых вод ( ¿ТВ );

- разработать матемагическуо г«ос!шьтравдощ1то модель прогноза водопонияения на промплощадке.

Решение поставленных задач базировалось на многочисленных фактических данных,полученных в-результате многолетних экспедиционных исследований,в которых автор принимал непосредственное участие.

Методика исследований.Для решения поставленных задач применен комплекс исслвдованйй,включащяй:нетрадииионные гидрогеологическую и гидрохимическую съемки в масштабе 1:10000 и 1:25000 с топогеодеэичбСКЕШ работами; аналитические 01граделение химического состава природных и техногенных вод из поверхностных я подземных источников ;рахишше наблюдения на специально разработанной контрольно-наблюдательной сети.Систематизация и интерпретация получению: материалов выполнена методами статистического анализа,математического моделирования геофдльтраши с последующими балансовым .прогноз ними расчетами на ЭВМ ЕС.

Научная новизна работы: 1.изучено влияние приводных и техногенных факторов на режим ЗГГВ в зоне влияния крупного горно-химического предприятия. ¡¿.Выполнена типизация режимов УТВ в условиях естественного и нарушенного гидрогеологического разреза с различной степенью техногенной нагрузки.,,

3.Ьыявлены пространственно-временные закономорности многолетних колебаний и статистическая структура ряяов режимных наблпдений-УГВ.

4.Исследованы техногенные источники и вскрыты основные закономерности (формирования загрязнения грунтовых вод,что является основой

для дальнейпего изучения миграционных процессов в нарушенных грунтах и построения прогнозной гидрохимической модели.

5.Разработана действующая геосЕильтрашонння модель зоны влияния КИО "ФосЗорит" на грунтовые воды.

6.Сформулирован общий методологический подход и разработан ряд частных методик для выполнения экалогогидрогеологических исследований в техногеосистемах.

Практическая здурмосгь работа .Разработанная д ля ¡-ДО " Фосфорит" сеть контрольно-наблюдательных скважин обеспечивает предприятие оперативной информацией,используемой в природоохранных нолях и при проектировании новых сооружений.Полученный воднобалан ообыо характеристики применяется при расчете водопритоков в карьеры иеДстъущвго рулника."|Ыявлрннне закономерности формирования Р' УП; к прлчюзная геогГильтрш [ионная модель позволили реа-

лизовать способ предотвращения подтопления промшгощадк.. и разработать типовые экологогадрогеологические требования к промышленности фосфорных удобрений,а также является основой для постановки аналогичных исследований на других промышленных предприятиях.

Реализация. Результата исследований испльзуются в практической деятельности НПО "Фосфорит",проетннх разработках института ЛенНШГипрохим и входят составныют частями в лекционные ку, сы "Инженерная гидрогеология" в Санкт-Петербургском гидрометеорологическом институте а "Охрана окружающей среды"'в Петрозаводском университете.

Апробация работа. Основные положения и результаты диссертационной работы доклалнвались на Еоясосзном семинаре "Создание безотходной технологии минеральных удобрений и серной кислоты"~Моск-ва,1978 г.;на IX Совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока- Иркутск-Петропавловск Камчатский,1979 г.; на Всесоюзной научной конференции ло проблеме охраны геологической среды - Москва, МГУ,1984г.;на семинаре по охране геологической среды - Москва, 1986 г.;на 11 Уральском научно-координадаоннем совещании по охране подземных вод Урала и сопредельных регионов - Свердловск, 1986 г.;на Л Всесоюзном совещании " Проблемы геологии фосфоритов" - Таллин,1988 г.;на Ученой Совете РГЙМ - 1979,1931,1983,1985,1986, 1988,1991 гг.;на научно-технических совещаниях ЛенЫИГипрохима -1982,1984,1986 гг. и КНО "ФэсФорит" ежегодно.

Публикации.Основные теоретические положения диссертационной работы отражены в 19 печатных работах.

Обьем работа. Диссертационная работа излечена на 12$ сто. машинописного текста,содержит введение,пять Глав,заключение.список отечественной и зарубежной литераттоы из 97 наименования, 25' рисунков, 40 т&олгц и /6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований,излагается цель и задачи работы, приводятсч основные полояэшш, которые выносятся на защиту,а такке сведения о практической значимости и реализации результатов исследований.

В первой главе выполнен критический обзор современных методов исследования состояния компонентов природной среды в'техно-геосистеме, сформированной под воздействием промышленного предприятия. Общие теоретические положения и основные закономерности динамики подземных вод и методы решения гидрогеологических и ян-яенеоно-гидрогеологическгос задач,применямые в отечественной и зарубежной практике рассмотрены в трудах Л.М.Еочрвера.Н.Й.Ьврпгина,

Ь. М. Ше с такова, Б. М. Гольдб ерга, В. А. Мирон енко, Р. Э. Дашко, Е. С. Дз ецке-ра, А. А. Кокоплянцева, А. И. Коротко и,Е.Л. Минкина, А. Е. Орадовско Й, Л.Я.Полубараношй-Кочиной,Ф.И.Гвтшовой,Ж.Фрзда и других.Изложенные в этих работах • методы исследований основаны на взаимодействии режиыообразунцих факторов подземных вод в условиях ненарушенного геологического разреза и опиоывагт локальные стороны проблемы динамики подземных вод в зонах промышленных комплексов.На основе, анализа литературы,проектной и фондовой документации и собственных исследований автора разработана классификация условий формирования ресурсов подземных вод в техногеосистеме,выявлены неизученные ас-пакты проблемы,что явилось теоретической базой,позволило сформулировать основные цели и задачи диссертационной работы и разработать методики их решения.

Ьо второй главе дается анализ геологического строения,гидрогеологических условий, рельефа и гидрографии района исследований, освещаются особенности влияния горнодобывавшего предприятия на изменение гидрогеологического разреза и фильтрационных параметров грунтовых вод (Гз) в связи с формированием техногенных толщ в верхней части разреза.

Киагисеппское производственное объединений включает в себя горно-промышленный комплекс по разработке месторождения фосфоритов и их обогаи, нис, завод сложных удобрений (ЗСУ), завод кормовых обесфторенных ■■,'<. сфатоз (КОФ), сернокислотные цеха, ремонтно-махашческий завод (Р;/.3), специальные хранилища твердых и жидких отходов.

В геологическом строении района принимапт участие отложения азхейской, протерозойской и палеозойской групп, а также четвертичные отложения. Кристаллический фундамент сложен сильно дислоцированными изверженными и метаморфическими породами. Отложения осадочного чехла представлены песчаниками и глинами валдайской серии верхнего протерозоя, песчано-гликистыми породами нижнего и среднего кембрия, терригенными и карбонатными отложениями ордовика, а также песчано-глинистыми осадками четвертичного возраста. 3 разделе содержатся сведения о диалогических особенностях водоъмеща-вдих пород, фильтрационных параметрах горных пород, поверхностном стоке, химическом составе воды в основной дрене - р.Лчте.

На территории Северного участка отработанного месторождения в геологическом разоизе сформировеигась техногенные толщи, представленные насыпными и намывными породами. Рельеф спланирован, проводится рекультивация. Ла спланированных участках построены основные здания и сооружения КДО "Фосфорит". Намывные породы, сйа-дирУ'"!Я1е в хранилища, прадставляпт собой учмические осадки, на-

свдешша высококонпентрированными (до 5-10 г/кг) токсичными растворами. У подножия дамб хранилищ отходов наблюдаются рассеянные и слПоконнентрированныо выходы вол, вызывающие заболачивание прилыгающих площадей и представляющие основную опасность для природных вод района расположения горно-перерабатывающего предприятия. Рельеф отработанных участков месторождения продолжает меняться, ведется строительство нови обьоктов.

Гидрометеорологические условия рассматриваются с точки зрения ражимообразуших факторов грунтовых вод. Чается климатическая характеристика по многолетнему сяду метеорологических наблюдений, выделяются особенности периода исследований. Так, выявлена некоторая аномальность в ходе метеоэлеменгов за последние 13 лет, а именно, годовая сумма осадков изменялась от 660 до 921 мм при норме 664 мм, имела место значительная изменчивость во внутриго-довом ходе среднемесячных температур воздуха и месячш : сумм атмосферных осадков. Это способствовало накоплению влаги в зоне аэраш.л и переувлажнению почво-грунтов, вследствие чего уровень грунтовых вод на тооеиторйи поамплощадки поднялся и местами грунтовые воды выпи® на дневную поверхность, вызывая подтопление зданий иЬооруженкй.

В третье^, гдав<; приведена методика постановки, проведения и интерпретации результатов лабораторно-экспедициояных исследований техногенного воздействия промышленного комплекса на природные условия; выявлены источники этого воздействия, оказывающие значительное влияние на естественный уровеншй и гидрохимический режим грунтовых вод; дана опенка степени и характера изменения природных режимообразуыих факторов.

На исследуемой территории выделяются две зоны: внутренняя (техногенная) и внешняя, границами которой являются крупные водные обьекты (р.Луга, р.Нарова, Нарвское водохранилище). Промышленный комплекс оказывает самое непосредственное воздействие на гидрогеологические условия внутренней зоны. По степени метамор-фиаптга этих условий выделено пять типов геологического разреза.

Для внешней зоны характерен нвнарупешш!' разрез, который отвечает условиям, имевшим место до отработки месторождения. Вся толща разреза - обводненная, поверхность грунтовых вод соответствовала рельеф земной поверхности, глубина залегания составляла (0.5 - 2.0) м. Питание осуществлялось за счет инфильтрации атмосферных осадков, областями разгрузки являлись основные дрены терри тории - реки и ручьи. Генеральное направление движения поверскост-ны! и грунтовых вод было с юга на север.

При карьерной отработке месторождения и создании на нарушен-

ной территории промышленного комплекса гид-рогеологические условия резко изменились. Отвала вскршных повод, намывные и насыпные толщи промышленных отходов сформировали положительные формы рельефа с отметками поверхности 35 ы и более. В питании грунтовых вод основную воль стали играть фильтрующиеся промстоки. Уровень грунтовых вод поднялся до абсолютных отметок (21 - 22 ) м. Водовме-щащими породами стали разрушенные и переотложенные кртанообло-мочные грунты верхней части геологического разреза с коэМишюн-тами фильтрации {21 - 1000 ) м/сут. и центральной части внутренней аоны УГВ год от гола повышается на (0.20-0.30) ы, наблюдается подтопление зданий и сооружений, участков строящихся объектов. Генеральное направление движения ГВ с севера на юг к карьерам действующего рудника.

Наряду с изменениями уроненного режима ГВ произошло ухудшение их качества, превышающее ПДК по ряду показателей в десятки и сотни раз. Ареалы загрязнения пока не выходят за пределы техногенной зоны.

Для выявления степени воздействия внутренней техногенной зоны на внешнюю проанализированы ретам УГВ, его изменение, химический состав ГВ. С этой целью создана сеть контрольно-наблюдательных скваясин (КОС), опробованы все водоемы и водотоки, естественные выходы ГВ и вскрытые горными выработками, шурсбаш к канавами.

Пути загрязнения ГВ: газошыевые выбросы в атмосферу, аккумуляция загрязнений атмосферными осадками и поступление их с паводковым и дождевым стоком в зону азра:ии; фильтрация через дамбы и днища накопителей промышленных стоков и отжимающихся растворов; утечки из прониивнев^Л канализации; проливы и просыпа готовой продукции. Интегральным показателем загрязнения атмосферы являйтся загрязнение снежного покрова. Ьыядено. что максимальной загрязнение снега - на территории ЗСУ в радиусе от 500 м ло 1500 м. На расстоянии до 3-х км загрязнение незначительное.

Основными загрязняющими компонентами ¡иш данного иромышюи-ного комплекса яыиштся сульфаты, аоагЬати, ионы аммония, фтор. Концентрации этих компонентов в ГЗ^вблизи источников загрязнения иерояко достигают десятков г/дм^.

Характеристика звгоязшшия ГВ проиэвепвна по зонам, особенностей которых является приуроченность к определенным источникам ;шч.»«1>иния: шлашнаконитель, огаркохрашшадо, хранилища ¡Ьос¿о-Ы1»са, хьосгохранклща.

1, (уаспорлх шишошштителя содержании загрязняющих компо-tio.n-.ii! ои-ш. иис«./к:>е (тпбл.П. Состав поверхностных и грунтовых

в зоне влияния близкий к исходному в источнике загрязнения, причем грунтовые воды загрязнены сильнее, чем поверхностные.Учитывая гот факт, что ГЬ в зоне шамо накопителя имеют саше высокие абсолютный отметки уровня, следует ожидать, что они оказывают воздействие на загрязнение ГЬ проиплощадки.

Растворы, формирующиеся в огаркохранилшде, приникающем к шламонакопителю, усиливают это загрязнение (см.табл.1) , повывают агрессивность Гь,активизируя процессы растворения карбонатных пород, ионно-катионного обмена с поглощающим комплексом водона-сыщенных пород. I) виде смешанного загрязненного потока ГВ достигают зоны фосфогилса и пополняются новыми порциями загрязняющих компонентов (см.табл.1) . Хранилища гидроудаления фосфогилса, оборудованные специальным противофильтрапионным экраном и дамбой обвалования, построены на ненарушенных грунтах и являются экологически более безопасными, но некоторая фильтрация у подножия дамбы все же отмочяется.

Гидрохимические исследования, проведенные на участке расположения хвостохрашшиц намывных песков (отходов горно-обогати-тульного комбината) выжили наличие фильтрации загрязненных стоков из прудка по периметру дамбы. 15 этих стоках содержатся фосфата, фториды, нефтепродукты, хлориды. Загрязненные стоки перехватывают« нагошюй канавой и самотеком поступают в пруд-накопитель, откуда перекачиваются в прудок хвостохранилища. Детельное изучение сорбционных способностей подстилающих.суглинков и тискреских песчаников в зона хвостохранилища, проведенное Р.Э.Дашко и Н.С.Петровым, а также исследования автора, позволили обосновать вывод о том, что хвостохоанилвда не оказывают заметного влияния на загрязнение ГВ промышленной площадки. На пашой стороне дамбы хвостохранилища №2 наблюдается заболоченность и скопление вод в виде пруда, близких по химическому составу к составу закачиваемых в хвостохранилища стоков. Однако эти воды дренируются ручьем Бер-ховским и в обводнении проиплощадки не участвуют.

Обобщая содержание главы, выделим следующее:

- грунтовые воды на территории внутренне зоны имеют техногенное происхождение;

- атмосферные осадки участвуют в ¿¡ормировании загрязнения ГВ;

- основными источниками загрязнения являются хранилища твердых и жидких отходов, особенно построенные на нарушенных грунтах;

- по степени загрязнении ГЬ территория вяутреннейзони разделяется на отдельные, нзаимодействуп .16 метну собой, участки;

- нзшычнио солержшшя загрязшшцих компонентов непосредственно

Некоторые данные изменения химического состава грунтовых вод по-направлению от источников загрязнения к зоне разгрузки (мг/дуГ

Таблица I

г1 тк | Источники загрязнения Зона транзита

1 1 2 I з 1 4 5 6 I ? 1 8 9 1 10 II

' К* ; 68,0 525.1 269,9 98,9 44,8 115,0 14,0 38,1 39,0 48,0 0,22

• ; ю,5 - 2615,0 273,0 787,4 520,0 24,0 16,7 91,0 175,0 2,70

1 Кь. ¡4200,0 23271,0 ..48,4 635,0 9,4 1680,0 150,0 771,5 140,0 132,6 0,35

' .«-и'" ; зал 389,4 862,2 32,0 7,8 34,0 644,0 389,2 129,8 150,0 2,07

' О'"' ! 155,1 456,3 1413,3 365,5 25,4 52,3 439,9 925,4 306,8 109,8

: Ге" ! 0,2 866,0 40,0 0,5 4,6 сл. 0,8 - 0,4 0,2

' с г ! 35,5 - 41,9 44,0 300,7 44,3 32,9 173,5 48,9 68,3 0,7

: Н:РО„ ¡5343,8 - 36926,0 4,6 1423,7 7,5 8,8 3,2 332,0

1 И РС.Л ! 281,2 483,0 4023,0 30,4 52,2 949,2 2,5 _ 3,2 220,0 0,04

1 р" . 1 114,0 29,9 1142,1 21,8 €,4 5,8 1,3 0,7 2,6 1,0 0,01

. ¿с." 18198,0 5736;,0 2391,0 3155,2 337,8 4288,0 3450,1 4320,0 1394,3 1100,0 _

'Емш.в-в !13887 81222,0 55642,0'5176,0 9277,0 5170,0 8150,0 2686,0 2611,0

:■ рн, 5,61 2,6 12,5 7,6 8,8-9,5 6,69 6,38 7,18 6,9 6,7 8,07

Примечания: I - шламэнакопитель, 2 - огаркохранилище, 3 - хранилище фосфогипса (отжимающиеся растворы), 4 - гидроудаление фосфогипса, 5 - хвостохранилище £2 (прудок):

?асстояние от источника загрязнения: 6 - 10 м, 7 - 250 м, 8 - 750 ы, ^ - 2000 и, О - 3000 м, II - ~ 10000 м.

- И -

связано о с емком уровней грунтовых вол.

И четвертой глава рассмотрена простр&нствеиио-врйменныв закономерности изменения УГВ, разработана типизация режимов Л'В, сделан анализ статистической структуры рядов УГь.

В основу типизации режимов УГВ легли годовая амплитуда колебания УГВ А(*4Р и сроки наступления экстремальна* значений УГВ, являющиеся показателями воздействия рвжимообразуодих ¿[акторов и степени техногенной нагрузки на грунтовые воин.

По степени изменчивости лмтологического состава пород зоны аэрации и водовмедавщих пород, по степени техногенной нагрузки, территория разделяется на отдельные участки, взаимодействующий между собой. В зоне максимальной техногенной нагрузки в литании грунтовых вод осяояная роль принадлежит ¿жльгртощимся из накопителей промстокам, значительно поевышащим атмосферное питания, поэтов в ходе УГВ отсутствует прямая связь с ходом гидрометеорологических элементов, величина годовой амплитуды колнбания уровня минимальная, а экстремальные величины УГВ в этой зоне проявляются намного раньше. Во мера удаления от источника техногенного питан/я в ходе УГь проявляется взаимосвязь с природными режимообра-эуицида факторами. Размеры А (?,,) находятся в пределах ;0.04- 4.6)м, по всем типам режима за период наблюдений отмечается синхронность в ходе А (ггг), что свидетельствует о взаимосвязи выделенных элементов режима с едиными режимообразувдими фактора® для всех типов.

Первый тип режима УГВ характеризует участки территории с ненарушенным геологическим разрезом, в ходе уровня отчетливо проявляется связь с ходом гидромэтеоэлементов, средняя А за период наблюдения 0.69 м (табл.2). Го всем скважинам КНС с нервны ти-11Ш режима начало весеннего падь ока уровня происходит одновременно {10 - 15 апреля), летний минимум - в середине августа.

Второй тип режима УГВ характеризует участки территории с ненарушенным геологическим разрезом, но с измененными р результате хозяйственной деятельности условиями траяспирации влаги. Средняя величина А (?,,,) составила 0.80 м . Наступление экстремальных значений УГВ на Ъ - 7 дней раньше, чем это присуще 1-му типу.

Гретий тип режима УГВ характеризует участки территории с максимальной техногенной нагрузкой и приурочен к центральной части внутренней зоны. Скважинн КНС вскрывают техногенный водоносный горизонт, наибаж.о близко залегающий к дневной поверхности и местами выходящий аа поверхность. Величина А (¡?л,) минимальная (см.табл. Режим уровней здесь зависит от . появления локачьннх Факторов.

, Четвеотнй тип режима УГЬ присущ участкам с нарушенным геологические раэрьзом и определяется локальными -гекиогонним;! Акторами,по

некоторая удаленность их от техногенных источников питания сказывается на проявлении слабой зависимости в ходе УГВ от режима гидрометеорологических эдементоь. Величина А {£„} вдвое меньше, чем для 1-го типа режима.

Пятый тип тэажима УГВ характеризует участки территории техногенной зоны с проведенной рекультивацией. Они застраиваются новыми промышленными объектами. В ходе уровней проявляется зависимость от режима гидрометеорологических элементов, найгодаотся некоторая стабилизация уровня ГВ, но воздействия локальных факторов все гже препятствует этому позитивному процессу.

Сроки наступления экстремальных значений УГВ для рассмотренных типов режима не совпадают. На участках с наибольшими техногенными изменениями весенний подьеи в среднем на 10 дней раньше Фонового подьема ( 1 тип ), на рекультивированной территории это различие достигает 5 дней.

Таблица 2

Средняя годовая амплитуда колебания УГВ А (2,4 по типам режима, и .

Год А {'г, ,J

наблюде- Тип режима

ния 1 ,11 111 1У У

1983 1.27 1.04 0.44 0.75 0.71

1984 1.43 1.00 0.53 0.76 0.78

19В? о.ы 0.46 0.20 0.26 0.13

19В6 0.71 1.08 0.53 0.99 0.58

1987 0.60 0.57 0.38 0.54 0.28

1983 0.89 0.87 0.48 0.42 0.50

1989 0.83 О.ЬЭ 0.45 1.44 0.93

Средняя #

за период 0.89 0.80 0.44 0.74 0.56

Ь зоне сочленения отработанной и отрабатываемой территории месторождения в ходе уповня IB проявляются характерные и своеобразные черты, позволяйте выделить самостоятельный шестой тип. Ь ходе уровня ьырахено шиянио депрессионной воронки, формирующейся в результате карьерного водопонижения. Кроме этого повышенная тр^лнонатость и закдрстованность известняков верхней части раз-роза способствуют нестабильности режима УГВ. Величина А ('/„,) цос-'fniaiT 4 м и о.)леа.

— -

Для объективного анализа пространственно-временных изменений УГВ дана количественная опенка роли различных режимообразую-щих Факторов в природных и техногениоизмененных гидрогеологических уровнях. Проведены расчеты естественных составляющих водного баланса, определяющих условия водообмена в зоне аэрации и изменения УГВ и статистических макромасштабных характеристик распределения УГВ во времени. Установлено, что на изменчивость УТ13 влияет степень вариации естественных составляющих водного баланса - испарения и осадков. На ненарушенной территории климатологическая составляющая изменчивости УГВ Кг превышает случайную Сг. На техногенной территории резкие колебания УГВ определяют техногенные факторы, в изменении УГВ увеличивается вклад Сг , который превосходит вклад Кй ¡га (22-25) % и с удлинением расчетного пеоиода еще больше увеличивается.

Пространственная изменчивость УГ.л в естественных условиях составляет С„= 0.02 - 0.03. на участках техногенного изменения величина С^ вдвое меньше и составляет 0.01,

II пятой главе представлена плановая математическая модель геосвкльтрации отработанного участка месторождения. Б основе построения модели движения ГЬ лежат фундаментальные физические закономерности, описываемые уравнением

'¿7{т> Р ■

где Тж < Ту~ водопроводимость пласта, кх , ку - коэ<ЭДяииенты филь-тоаши,л-}, г»^- мощность пласта, пу - коэффициент упругой

емкости пласта (водоотдача).

Лсслвгувмая территория поля йиьтрагми разбита на 2500 расчетных блоков. Граничные условия (Г) представлены тремя типями: на севере и востоке территории заданы граничные условия третьего рода, на западе - второго рода, на юге первого ропа.

г; -,н|г1 г,:<т|й)„=о; г.-Щ-^П-;0'

И модели нашли отражение следующие особенности гидрогеологической ситуации: однопластовяй характер системы, выклинивание водоносного горизонта, наличие гряничльп условий третьего рода по р.Луге, наличие питающего горизонта, наличие неравномерного по интенсивности ин&иьтрационного питания, неоднородное распределение в плеше параметров водопроводимостя и водоотдачи. Ьсн гидрогеологическая информация по участку моделирования сведена в 8 массивов (матриц), включающиг скважины КИС и напоры грунтовых вод. Аппроксимация гранил выполнена но прямоугольной

сетке с шагом по оси X от 200 м до 300 ми эси У ~ от 100 м до 400 м . Наиболее дробная оазбивка по пространству для техногенной зоны, где расположены хранилища твердых и жидких отхопов, предполагаемые пути миграции загрязнений, области йильтвации. ."олелиру-емый водоносный комплекс рассматривается как изотропный. Задача решается в напорной, планово-пространственной постановке при использовании предпосылок перетекания Ыитиева-Гиринского, задания граничных условий осуществляется с использованием идей метода "фиктивных областей" В.К.Саульева. Решение задачи осуществлялось с помощьп программы Stirn и £ - 2 а, в основу которой положен неявный метод переменных направлений, разработанной И.Ь.Агеевой и ¿.А.Ломакиным. Система конечно-разностных уравнений решается методом матричной прогонки. Критериям адекватности модельного распределения напоров является кх точность по отношению к реальны.'/. значениям. Полученные результаты конструирования модели вполне удовлетворительно описывают гидрогеологические условия и моггг с достаточным основанием использованы для прогнозных оценок изменчивости УТВ и пространственно-временных оценок эволюции процессов загрязнения.

Анализ результатов моделирования. Одной из важнейших задач, решенных при конструировании модели геофальтраши явилось проверка проведенной типизации режимов УТВ. На нарушенной территории где основным критерием водоггроводимости является мощность переотложенных образований зоны аэрации выделено три зоны неоднородности со значениями 300 м'с, ЬО0 м/с, 1000 и/б, что присуще Ш, 1У и У типам режима УТВ. Для ненарушенной зоны диапазон значений параметра Т изменяется от 10 мУс до 90 ryt, выделено 12 зон неоднородностей. Это означает,что для 1 и 11 типов режима внутри типов выделяются подзоны с отличными параметрами Т .Эта детализация внешней зоны по параметру Т являетгя важным фактором; и должна учитываться при проектировании новых сооружений.

В распределении питания грунтовых вод основная роль принадлежит техногенной зоне, реяим уровней на ее территории обуславливает режим уровней на всей прилегающей территории. Этот вывод аил полгчен в результате калибрования модели по параметру ин$иль-трашонного питания.

Ьторой важный вывод, полученный в процессе калибрования мо-дсу1и - отсутствие или весьма незначительная разгрузка грунтового потока, Формирующегося на промолощадке, в долину реки Луги и возможная гидравлическая связь реки Луги на восточном участке моделируемой территории с депрессионной воро"кой действующего рудника.

При коиоии модели построена карта-схеиа гидроизогиис со все-

ми нюансами и дополнениями, выпаленными в процесса кон труирова-- ния модели, что позволяет попить задачу по оптимизации сети КНС.

Решение шюгнозной задачи водопонижения на центральной части техногенной зоны осуществлялось по завершении процесса калибрования модели по напорам ГВ с переходом на нестационарный режим фильтрации. iJ блоки молили, реконструирующие дренажную канаву на его моделируемой территории, были заданы 16 возмущающих скчдаш, из которых задавался различный режим откачек. Понижение УГВ прослеживалось по 9-чя скважинам КИС, результаты представлены на рисунке на примере водопонижения по скважине КНС 8150,расположенной на территории ЗСУ. Систематические откачки из дренажной канавы дренажных вод в обьвме 8000 м^/сут обеспечат снижение УГВ на территории ЗСУ на 1 м и стабилизацию его в течение года.

Расчитанныа на метали водоприто!си в карьера действующего рудника в обь«ме 1SOOO м^/сут включают вогопритоки с моделируемой территории отработанного месторождения.

Модель просчитана дважды на разные по водности годы, ошибка в определении -апоров не превышает 5 % .

I - ЮОм'/сут ; Л - 300 мУсут ; /// - 500 м'/сут

Ь заключении сЛзрмулировалы основные результаты работы. 1. Природные <|11ктг>ры (формирования режима УГВ на территории .СЮ "Фосфорит" изменились. В его Армировании существенную роль стали играть техногенные факторы: фильтрующиеся прометок;!, утечки из птюмливневой канализации. Условия инфильтраши, азкенишиеся

в результата нарушения теологического разреза, ингенсифидируот нитяние и загрязнение грунтовьи вод.

2. Источники загрязнения (хранилища твердых и жидких отходов, собственно промнлощадка) обусловили загрязнение ГВ специфическими компонентами. Ьблизи этих источников минерализация ГВ достигает 90 г/ дм3.

3. Изменение минерализации ГВ в зоне транзита от источников загрязнения к области дренажа свидетельствует об активно происходящих биогвдрогеохимических процессах в породах зоны аэрации. Общая минерализация ГВ снижается от 10 г/дм2 до 1,Ь г/дм^.

4. На территории КТО "Фосфорит" впервые проведена типизация режимов УГВ по степени изменчивости показателей режима JTB и режим»-образующих факторов, содержащая исчерпывающую качественную и коли чественнуп характеристику ГВ. Это позволило диаФерешгировать территорию на отдельные участки по гидрогеологическим параметрам.

5. Для няруиенного режима в изменчивости УГВ наибольшую значимост приобретает случайная составляющая, значительно превосходящая инерционную и климатологическую.

6. На основе типизации режимов УГВ и их статистической структуры разработана действующая геофильтоапконная модель зоны воздействия KII0 "Зюсфорит", хорошо согласующаяся с данными режимных наблюдений, расчетное значение напоров отличается не более, чем на 5 % от фактически.il

7. На базе модели предложено решение проблемы водопонижения на промплощадке с оптимальным режимом откачки объемом 8000 и?/ сут. В. Оперативный котроль за дальнейшим состоянием ГВ возможно осуществлять с помощью оптимизированной сети КНС ( 30 скважин ).

9. Обобщение результатов исследований позволило впервые сформулировать основные эколого-гидрогеологические требования к предприятиям, выпускающим фосфорные удобрения и передать их институ-ту-генпроективовмику ЛенНИИГипоохим.

Основные публикации по теме диссертации :

1. Техногенное воздействие промышленного предприятия на динамику грунтовых воп // Тр.1У конф.молод.учен.ЛИЛ, 1979 г.-С.51-56. Деп. в ВИШИ JW196-79.

2. Конденсация в водном балансе намывных песков хвостохранилшд //ьзаимосвязь поверхностных и подземных вод мерзлой зоны. Якутск, ШЛО ш СССР,-1980.-С.Ь7-62 (соавтор Г.И.Климов).

3. Химическое загрязнение грунтовых вод поедприятиями фос<Ьорша уцобряний //Проблемы экологии в производстве фосфора к фосфорсо-

держащих продуктов. ^11. ,1981.-ЛНПС.-С. 10-16 (соавторы С. АЛечкин, Г.И.Климов,В.В. Годыпкая).

4. Лспользоваяие "погашенных" карьеров месторождений для промышленного строительства (на примере Кингисеппского месторождения фосфоритов) // Доклады Всесоизной научной конференции "Охрана геологической среды от отрицательного воздействия предприятий горно-добывающего профиля".-iL:МГУ, 1984.-С.219-222 (соавторы

С. АЛечкин,Г.И.Климов).

5. Режим грунтовых вод на территории предприятия фосфорных удобрений // Вопросы охраны и рационального использования вид суши.-Л. Л1ТИ. 1985.-С. 23-28.

6. Загрязнение природных вод на территории предприятия фосфорных удобрений // Сборник науч. трудов У1 конф. молод.ученых ЛГМИ.-Л. ЛИ. -С. 31-35.

7. Грунтовые воды фосфоритоносных горно-промышленных районов // Тез.докл. И Уральского научно-координационного совещания по охране подземных вод Урала и сопредельных регионов. -Свердловск., 1986.4.1.-С.48 (соавтор Г.И.Климов).

8. Гидрогеологические условия в зоне деятельности предприятий сложных фосфор лих удобрений // Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды.-Л. :ЛШ.-1987.Вып. 10.-С. 84-88 (соавтор С .АЛечкин).

9. Ражим уровней и состав грунтовых вод в зоне предприятий сложных фосфорных удобрений // Вопросы эффективности гидрометеорологических исследований в целях интенсификации народного хозяйства.-Д. ЛГШ.-1987.Выл. 96.-С.145-155 (соавторы С.А.Чечгчн,Г.И.Климов, К.К. Хазанович).

10. Режим и статистическая структура антропогенно измененных уровней грунтовых boa // Гидрометеорология - научно-техническому прогрессу.-Л. :Л1М.-1990.Вып 106.-С. 103-108 (соавтор С.АЛечкин)