Методика оценки трансформации верхних водоносных горизонтов в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений

Белозеров, Денис Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Методика оценки трансформации верхних водоносных горизонтов в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Методика оценки трансформации верхних водоносных горизонтов в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений"

На правах рукописи

Белозеров Денис Александрович

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТРАНСФОРМАЦИИ ВЕРХНИХ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

25.00.36 — Геоэкология (Науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

г 4 ОКТ 2013

Воронеж— 201 э

005535493

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет»

Научпый руководитель доктор геолого-минералогических наук,

профессор Косинова Ирина Ивановна

Офпцпальпые оппоненты Русинов Павел Сергеевич доктор географических наук, профессор. Воронежский государственный педагогический университет, кафедра экологического образования, профессор

Ларионов Алексей Николаевич доктор физико-математических наук, доцент. Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I, кафедра физики, профессор

Ведущая оргаппзацпя Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки «Институт геологии Карельского научного центра Российской академии наук»

Защита состоится «14» ноября 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 215.007.01 при ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) по адресу: 394064, г. Воронеж, ул. Старых большевиков, д. 54-а, аудитория 621.

С диссертацией можно ознакомиться в учебной библиотеке ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), на официальном сайте ВАК (Ийр/Лул^лу.уак. ес1. gov.ru).

Автореферат разослан «8» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Закусилов В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Экологическая политика России во многом базируется на концепции устойчивого развития, то есть стабильном социально-экономическом развитии, не разрушающим своей природной основы. Россия является одним из крупнейших производителей продукции химической промышленности, особенно минеральных удобрений. Их производство негативно влияет на все компоненты природной среды. Согласно исследованиям наиболее значительное влияние испытывают подземные воды.

Пресные подземные воды относятся к стратегическим видам полезных ископаемых, поскольку являются как приоритетными источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, так и единственным источником питьевого водоснабжения на период чрезвычайных ситуаций.

Говоря о деградации состава подземных вод в районах крупных химических предприятий надо отметить, что по результатам исследований Гольдберга В.М, Смирновой А.Я, Питьевой К.Е. и др., происходит не просто ухудшение состояния вод, но и значительное их преобразование. Это проявляется в кардинальном изменении химического состава подземных вод, формировании новых эколого-гидрогеохимических обстановок на значительной площади, т.е. происходит «техногенная трансформация водоносных горизонтов», под которой предлагается понимать преобразование количественных и качественных параметров водоносных горизонтов в результате техногенного воздействия, формирующего новые эколого-гидродинамические и/или эколого-гидрогеохимические обстановки. В таких условиях, для оценки состояния и защиты подземных вод необходимо произвести оценку их трансформации.

Применяемые в настоящее время методики обладают следующими недостатками:

- отсутствием комплексной оценки состояния водоносных горизонтов, т.е. природная и техногенная составляющая учитываются раздельно.

- низкой точностью оценки уровня загрязнения ввиду отсутствия учета многих факторов сорбции загрязняющих веществ.

Следовательно, актуальность рассматриваемых в диссертационной работе проблем определяется необходимостью разработки методики интегральной оценки трансформации гидросферы в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений для принятия научно обоснованных мер по стабилизации и улучшению состояния окружающей среды.

В этой связи, научной задачей является разработка методики интегральной оценки трансформации гидросферы в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений.

Объект исследования - элементы гидросферы зоны влияния предприятий по производству минеральных удобрений, которые включают поверхностные воды и приповерхностные водоносные горизонты.

Предметом исследований является комплекс закономерностей формирования техногенной трансформации водоносных горизонтов, поверхностных вод, снеговых отложений, оценки их геоэкологической роли в районах влияния предприятий по производству минеральных удобрений.

Цель работы - комплексная оценка трансформации верхних водоносных горизонтов и повышение качества окружающей среды.

Задачи исследования:

1) разработать методику интегральной оценки уровней техногенной трансформации гидросферы в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений;

2) разработать методику графического моделирования оценки состояния поверхностных вод;

3) дать интегральную оценку техногенной трансформации гидросферы, оценку снеговых и донных отложений локального района (района влияния предприятия химической промышленности по производству минеральных удобрений);

4) дать предложения по особенностям структуры экологического менеджмента предприятий по производству минеральных удобрений;

5) разработать алгоритм объектового геоэкологического мониторинга района влияния предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений.

Фактический материал. Исходными материалами при решении поставленных задач явились данные мониторинга по техногенной нагрузке центральной части ЦЧР и оценке защищенности подземных вод ЦЧР, результаты химических анализов подземных вод из наблюдательных скважин отобранных в районе ОАО «Минудобрения», результаты исследований состояния компонентов природной среды, работ и аналитических исследований, систематизированных в результате камеральной обработки, а также результаты полученные лично автором в период с 2008 по 2012 гг., Общее число отобранных и исследованных проб по геоэкологическим средам - более 3000.

Научная новизна работы:

1) разработана методика интегральной оценки уровней техногенной трансформации гидросферы в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений, базирующаяся на учете особенностей геологического разреза, глубины залегания подземных вод, степени их загрязнения, интенсив-

ности и пространственной ориентированности техногенной нагрузки и отличающаяся интегральным анализом природных и техногенных факторов;

2) предложена методика графического моделирования оценки состояния поверхностных вод в водоемах равнинного типа, отличающаяся учетом модифицированного коэффициента разбавления и оседания частиц;

3) в соответствии с разработанной методикой рассчитаны уровни техногенной трансформации приповерхностных водоносных горизонтов зоны влияния предприятия химической промышленности по производству минеральных удобрений, отличающиеся от существующих интегральным подходом при учете природных и техногенных факторов;

4) дано научное обоснование процесса стабильного улучшения состояния окружающей среды в районах размещения предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений. В качестве основного принципа системы экологического менеджмента определено внедрение комплекса способов и мероприятий, обеспечивающих постоянный процесс улучшения экологической ситуации. Для этого разработан алгоритм, и, в соответствии с ним, предложена система объектового геоэкологического мониторинга района влияния предприятий по производству минеральных удобрений, отличающаяся четко обозначенным направленным подходом в формировании систем наблюдения, ориентированностью на экологические мишени.

Практическая значимость работы определяется возможностью интегральной оценки трансформации гидросферы для техногенно нагруженных территорий ЦЧР, где главными факторами формирования качества подземных вод являются защищенность водоносного горизонта и уровень техногенного загрязнения. Разработанная система экологического менеджмента и алгоритм геоэкологического мониторинга могут быть основой стабилизации и улучшения состояния окружающей среды в районах предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений.

Кроме того, на основании методики графического моделирования оценки состояния поверхностных вод, в период чрезвычайных и иных нештатных ситуаций, возможна оперативная комплексная оценка их качества, моделирование сложившейся ситуации и принятие обоснованных решений по стабилизации состояния окружающей среды.

Произведена оценка техногенной трансформации водоносного горизонта в районе ОАО «Минудобрения», что стало основой разработки системы экологического менеджмента (СЭМ), основные элементы которой могут быть использованы в экологической политике аналогичных химических предприятий региона.

Методическая база исследований основывается на трудах ведущих российских ученых, среди которых Трофимов В.Т., Косинова И.И., Гольдберг В. М., Питьева К.Е, Бочаров В.Л., Механтьева Л.Е., Куролап С.А., и др.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием большого объема (более 3000) репрезентативных проб, отобранных в соответствии с действующими и отраслевыми стандартами, корректным применением методов статистической обработки и анализа исходного материала, а также согласованностью с результатами предшествующих исследований.

Апробация работы проведена в виде докладов на различных научных конференциях. Среди них: Международные научно-практические конференции «Обеспечение экологической безопасности в чрезвычайных ситуациях» (г. Воронеж, 2009, 2010, 2011, 2012), Научные сессии Воронежского государственного университета, секция экологической геологии, (г. Воронеж, 2009, 2010, 2011, 2012), Научная сессия Воронежского государственного университета, геологического факультета (пленарное заседание), Тринадцатая межвузовская молодежная научная конференция «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (г. Санкт-Петербург 2013)», IX Научно-практическая конференция молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве» (г. Москва 2013).

Защищаемые положения:

1) методика интегральной оценки уровней техногенной трансформации гидросферы в пределах техногенно нагруженных территорий;

2) методика графического моделирования оценки состояния поверхностных вод равнинного типа;

3) интегральная оценка уровней техногенной трансформации продуктивного водоносного горизонта зоны влияния предприятия химической промышленности по производству минеральных удобрений. Пространственно-временные характеристики техногенной трансформации гидросферы;

4) система экологического менеджмента (СЭМ), обеспечивающая реализацию эффективной экологической политики предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений. Алгоритм, и разработанная в соответствии с ним, система объектового геоэкологического мониторинга района влияния предприятий химической промышленности.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 12 статей (в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников (107 наименований, в том числе 13 на иностранном языке), 71 рисунка, 27 таблиц. Объем 193 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Состояние изученности проблемы

В главе представлены существующие методики оценки состояния подземной гидросферы, характеристика химической промышленности как наиболее яркого представителя техногенно нагруженных территорий; дано геологическое и гидрогеологическое строение изучаемой территории. Выявлено слабое состояние изученности проблемы оценки трансформации подземных вод, отсутствием при этом комплексного, интегрального подхода.

В настоящее время существует ряд методик для оценки состояния гидросферы. Так, для оценки защищенности подземных вод наибольшее распространение получили методики качественной и количественной оценки защищенности водоносных горизонтов Гольдберга В.М. Согласно современным подходам оценка загрязнения гидросферы осуществляется следующими способами:

- путем расчета загрязнения по отдельным веществам;

- расчетом суммарного показателя загрязнения (СПЗ);

- расчетом суммарного показателя концентрации.

Результаты исследования экологического состояния подземных вод, нормирование их состояния представлены в работах Белоусовой А.П., Догановского A.M., Кирюхина В.А., Короткова А.И., Крайнова С.Р., Хаустова А. П., Язвина JI.C.

Оценка естественной защищенности грунтовых вод от загрязнения на территории Центрально-Черноземного региона с использованием методик Гольдберга В.М проведена Смирновой А.Я.

В главе подчеркивается, что существует несколько методов оценки состояния гидросферы, но нет комплексного, интегрального метода оценки трансформации водоносных горизонтов. В этой связи, разработка такого метода является актуальной задачей в районах техногенно нагруженных территорий.

Глава 2. Методика интегральной оценки трансформации водоносных горизонтов района предприятий но производству минеральных удобрений.

В главе 2 выделены главные и второстепенные факторы при эколого-гидрогеохимических оценках, описаны разработанные методики: интегральной оценки уровней трансформации водоносных горизонтов техногенно нагруженных территорий и графического моделирования оценки состояния поверхностных вод. Кроме того, разработан алгоритм формирования объектового геоэкологического мониторинга.

Формирование качества подземных вод происходит в результате воздействия природных и техногенных факторов. Для проведения экологических мероприятий по охране окружающей среды, а также разработки системы объекто-

вого геоэкологического мониторинга, среди них следует выделять главные и второстепенные. В зависимости от геологических, гидрогеологических, геоморфологических и иных условий главные и второстепенные факторы формирования качества подземных вод могут варьировать.

Применительно к Центрально-Черноземному региону России, к главным факторам, определяющим состояние водоносного горизонта, предлагается отнести природную защищенность и уровень техногенного загрязнения. Причем, каждый из обозначенных факторов является комплексным.

Второстепенные факторы включают особенности геоморфологического строения территории, состояние поверхностных вод и донных отложений, климатические особенности, состояние атмосферы. Учет и оценка второстепенных факторов необходимы для формирования системы геоэкологического мониторинга и разработки системы экологического менеджмента предприятия.

Методика интегральной оценки трансформации подземных вод. Интегральная оценка трансформации подземных вод с учетом природных и техногенных факторов до настоящего времени не производилась, ввиду отсутствия методики оценки. В этой связи, предлагается методика интегральной оценки техногенной трансформации подземных вод в зоне влияния предприятий по производству минеральных удобрений, которая включает в себя основные блоки:

Блок А — выделение ведущих загрязняющих компонентов (для этого анализируется уровень загрязнения подземных вод и выявляются ведущие загрязняющие компоненты);

Блок В - расчет суммарных показателей загрязнения с учетом класса опасности ЗВ;

Блок С - расчет природной защищенности подземных вод;

Блок Д - оценка уровней техногенной трансформации водоносных горизонтов техногенно нагруженных территорий;

Блок Е - картографическое моделирование эколого-гидрогеохимической ситуации на основе результатов, полученных в блоке Д.

Согласно проведенным исследованиям, для предприятий химической промышленности региона наиболее распространенными загрязнителями подземных вод являются элементы 3-4 класса опасности.

Алгоритм оценки уровней техногенной трансформации водоносных горизонтов определяется рядом операций:

1. Приведение природной защищенности в баллы защищенности. Информационные поля, объединяющие данные по оценке защищенности подземных вод и уровням их загрязнения, отличаются как по показателям, так и по методам их оценок. Первый блок данных объединяет сведения о литологическом строении зоны аэрации, ее мощности, глубинам залегания подземных вод. Сле-

дует подчеркнуть роль литологического фактора при оценке природной защищенности. Именно наличие песчаных, глинистых, плотных либо трещиноватых полускальных и скальных пород определяет процессы миграции элементов-загрязнителей в разрезе. Суммарный показатель загрязнения, в свою очередь, интегрирует данные по его количественным показателям и, опосредованно отражает физико-химические условия массопереноса вещества. Для интегрирования обозначенного комплекса информации природного и техногенного происхождения использован бальный подход. Высоким уровнем защищенности подземных вод для Центрально-Черноземного региона является защищенность с суммой баллов, рассчитанной по методике Гольдберга, 25 и более. Однако, в соответствии с данными мониторинга состояния окружающей среды в ЦЧР, около 82% территории лежит в области с защищенностью менее 25.

Для объединения двух факторов: СПЗ и уровня защищенности - необходимо, чтобы для высокого уровня защищенности, равного 25 баллам при СПЗ=1 эти параметры соответствовали друг другу. Поэтому, данный балл защищенности, соответствующий СПЗ=1, приводится к этой же величине следующим образом:

Бз'= 25/ Бз , (1)

где Бз - балл защищенности по Гольдбергу, Бз' - приведенный балл защищенности. Баллы суммарного показателя загрязнения принимаются согласно существующей методике (Косинова И.И. 2004 г.).

В результате предлагается выделить 5 уровней техногенной трансформации подземных вод, что соответствует 5 уровням загрязнения по СПЗ и 5 категориям защищенности. Причем каждому выделенному уровню соответствует расчетное значение баллов защищенности и СПЗ, которые при подобном подходе можно сравнивать и совместно оценивать. Общее количество баллов отражает уровень трансформации гидросферы.

2. Установление зависимости между суммарным показателем загрязнения подземных вод и уровнем их защищенности. Были обработаны данные по скважинам, расположенным в пределах ЦЧР с подобным геологическим строением, где в подземных водах наблюдается повышенное содержание марганца и железа. Это природный фактор, увеличивающий СПЗ. С учетом этого природного фактора связь между СПЗ и уровнем защищенности описывается линейной зависимостью.

Полученное уравнение регрессии имеет вид:

СПЗ'= 1,13Бз'-0,13. (2)

Линейная зависимость баллов СПЗ от баллов защищенности в значительной степени обусловлена высокой пропускной способностью пород зоны аэрации.

Отсюда, зная СПЗ' с учетом природного фактора, можно выразить приведенный балл защищенности, соответствующий определенному уровню трансформации по суммарному показателю загрязнения.

3. Расчет уровней трансформации водоносных горизонтов. Они рассчитываются путем аддитивной оценки показателей баллов защищенности и баллов суммарного показателя загрязнения, учитывающего как природное, так и техногенное загрязнение.

Ут = СПЗ'+ Бз' (3)

Ранжирование уровней приведено в таблице 1. Таблица 1- Уровни трансформации водоносных горизонтов

Уровни трансформации водоносных горизонтов Расчетная величина (СПЗ') (для 3,4-го классов опасности) Баллы защищенности (Бз') Уровни трансформации в баллах (Ут)

Минимальный СПЗ'<1,0 1<Бз'<1,25 1<Ут<2,25

Низкий 1,0<СПЗ'<4,54 1,25<Бз'<1,67 2,25<УК6,21

Средний 4,54<СПЗ'<8,96 1,67<Бз'<2,50 6,21<Ут<11,46

Высокий 8,96<СШ'<13,39 2,50<Бз'<5,00 11,46<Ут<18,39

Максимальный СГ13'>13,39 Бз'>5,00 Ут >18,39

4. Для каждой скважины производится оценка уровня интегральной трансформации водоносного горизонта.

5. Картографическое построение, которое осуществляется по граничным показателям трансформации водоносных горизонтов.

Полученные карты служат основой для оценки существующего состояния и потенциальной возможности трансформации гидросферы.

Таким образом, предлагаемая методика интегральной оценки техногенной трансформации водоносных горизонтов характеризуется следующими достоинствами:

1) позволяет оценить интегральный уровень трансформации водоносных горизонтов;

2) учитывает природное загрязнение, техногенное загрязнение, глубину залегания подземных вод, тип пород и мощность зоны аэрации, характер и мощность слабопроницаемых пород;

3) дает комплексную оценку состояния геоэкологической системы по компоненту подземные воды.

Методика графического моделирования оценки состояния поверхностных вод равнинных территорий. Значительное влияние на качество подземных вод оказывает состав и состояние поверхностных водотоков. В этой связи, важен контроль состояния рек, озер, сточных вод, особенно в период чрезвычайных, нештатных, аварийных ситуаций. Скорость принятия решения по корректировке нормативно допустимых сбросов является важным фактором для снижения загрязнения поверхностных вод и, в свою очередь, подземных вод.

Для контроля их качества предлагается методика графического моделирования оценки состояния поверхностных вод Центрального Черноземья, которая базируется на коэффициенте разбавления и показателе оседания частиц.

А). Коэффициент разбавления. Существующая в настоящее время методика расчета коэффициента разбавления громоздкая, рассчитанная на широкий спектр поверхностных водотоков. Ее использование в рамках данной методики не позволит оперативно моделировать состояние поверхностных вод и принимать обоснованные решения в чрезвычайных ситуациях. В этой связи, в том числе и для периода нештатных и аварийных ситуаций предлагается модифицировать расчет коэффициента разбавления. Для этого:

1. Модифицирован коэффициент турбулентной диффузии с вида:

л =_1«!_

^ к 2(20,13 —0,75уЩ-^Йш-О- 1)) ' ^ '

37ппт—т-

где ё - ускорение свободного падения; 0 - средняя скорость течения реки, м/с; Н - средняя глубина реки, м; пш- коэффициент шероховатости ложа реки; Я - гидравлический радиус потока, м (Я ~= Н) к виду:

тт ен

Д = 1Г' (5)

где 0 - средняя скорость течения реки, [м/с]; Н - средняя глубина реки, [м]; К -введенный безразмерный коэффициент, зависящий от глубины и рассчитанный для равнинных рек Европейской территории России. Разница в вычислениях будет на уровне десятитысячных долей, что не отразится на конечном результате.

2. Разработаны графические модели зависимости величин разбавления от фоновых концентраций.

Б). Показатель оседания частиц. Так как методика нормативно допустимых сбросов не учитывает оседания взвешенных частиц, что приводит к за-

грязнению соединительных каналов, то предложен способ анализа разбавления сточных вод для предприятий с выпуском через ручей.

Для учета оседания частиц различного размера и загрязнения соединительных каналов предлагается:

1. Произвести расчет гидравлической крупности частиц по формулам:

для частиц крупнее 1,5 мм: иг = к1---; (6)

для частиц меньше 1,5 мм: IV = з(Ря . , (7)

18 pv

где к - коэффициент, характеризующий критическое отношение сдвигающей донной скорости к гидравлической крупности; р„,р - плотность наносов и воды; Б - средняя крупность наносов, V - кинематический коэффициент вязкости.

2. Рассчитать время оседания частиц в реке:

£! = -; (8)

где к - глубина водотока, V- скорость оседания частиц в водотоке. 3. Вычислить время течения сточных вод в канале, от прудов к водоему:

сг = (9)

где 8 - длина водотока, у' - скорость водотока.

4. Сравнить время оседания и время течения; делается вывод о размерах частиц, оседающих в канале (если

В результате, строится модель оценки состояния поверхностных водотоков. Производится анализ разбавления сточных вод для предприятия.

Алгоритм формирования объектового геоэкологического мониторинга. Логическим продолжением методики оценки трансформации компонентов природной среды является разработка алгоритма формирования объектового геоэкологического мониторинга района влияния предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений.

Разработанная система объектового геоэкологического мониторинга характеризуется следующими особенностями:

1) комплексностью;

2) четкой направленностью;

3) наложением точек пробоотбора;

4) ориентированностью на экологические мишени.

Она включает в себя ряд стадий:

- выделение объектов загрязнения окружающей среды;

- определение компонентов природной среды, испытывающих относительно значительное воздействие, путем определения ореола загрязнения и трансформации компонентов природной среды;

- анализ и выделение основных экологических мишеней. Под «экологической мишенью» предлагается понимать абиотический или биотический элемент окружающей среды, являющийся объектом, в том числе и потенциальным, негативного воздействия природного либо техногенного характера, приводящего к значительному ухудшению параметров среды жизнеобитания;

- построение направлений мониторинга для оценки влияния каждого объекта на экологические мишени. При этом, один объект может воздействовать на несколько экологических мишеней, то есть один объект может контролироваться несколькими направлениями мониторинга;

- определение мест расположения наблюдательных постов за компонентами природной среды по каждому направлению, используя принцип наложения для получения комплексной информации. Расстояние и число наблюдательных створов необходимо принимать достаточными для контроля ореола загрязнения (то есть определения границ загрязнения, концентраций ЗВ в непосредственной близости от экологически значимых объектов, и т.п.);

В конечном счете, система объектового геоэкологического мониторинга должна обеспечивать получение достоверных и полных сведений о состоянии окружающей среды, и быть исчерпывающей для реализации экологической политики предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений. Преимуществами объектового геоэкологического мониторинга являются:

1) дифференцированный подход к каждому источнику загрязнения;

2) осуществление контроля в четко заданном, обоснованном направлении;

3) получение комплексной экологической информации в каждой точке контроля состояния окружающей среды;

4) возможность принятия природоохранных мер по каждому направлению;

5) объектовая направленность мониторинга.

Глава 3. Оценка уровня трансформации компонентов природной среды в зоне предприятия химической промышленности по производству минеральных удобрений

В главе 3 проведена оценка трансформации верхних водоносных горизонтов на основе предложенной выше методики; представлены экономико-

географическая характеристика, техноструктура предприятия, эколого-

гидрогеохимический анализ состояния подземных вод, оценка естественной защищенности подземных вод района исследований, анализ поверхностных вод и донных отложений, влияние атмосферных выбросов на загрязнение снеговых отложений и растительности в зоне влияния комбината.

Разработана структура объектового геоэкологического мониторинга предприятия химической промышленности ОАО «Минудобрения» и дана интегральная оценка уровня трансформации продуктивного водоносного горизонта.

Начиная с 1992 года в изучаемом регионе формировалась патогенная эко-лого-гидрогеохимическая аномалия. Ее образование связано с рядом главных и второстепенных факторов.

В соответствии с разработанной методикой произведена оценка трансформации турон-коньякского водоносного комплекса - основного, используемого для водоснабжения населения г. Россошь. Оценка осуществлялась по блокам, согласно вышеприведенной методике.

Блок А - выделение ведущих загрязняющих компонентов. В процессе его выполнения были проанализированы результаты ряда предшествующих исследований, а также произведен анализ технологического цикла предприятия, выявлены основные загрязняющие компоненты - нитраты и аммонийный азот, проанализировано их воздействие на подземные воды за 20-летний период.

Блок В - расчет суммарных показателей загрязнения с учетом класса опасности. На данном этапе произведена эколого-гидрогеохимическая оценка территории по СПЗ. По итогам выполнения блоков А и В было выявлено, что до второго полугодия 2007 года отчетливо фиксировалась тенденция увеличения площади загрязнения. Однако, в конце сентября 2007 года отмечается снижение негативного воздействия комбината. Данная ситуация связана с тем, что в 2006 году происходило увеличение объема производства минеральных удобрений, а также с возможными утечками сточных вод и авариями на территории прудов-накопителей. Значительное увеличение площади загрязнения в первом полугодии 2007 года вызвано утечками из каскада прудов-накопителей и систем канализации. Второе полугодие этого же года характеризуется снижением производства и частичной модернизацией оборудования, что отразилось и на показателях загрязнения. Значительное снижение загрязнения подземных вод, особенно в районе каскада прудов-накопителей, произошло в мае 2010 года. Площади загрязнения подземных вод нитратами и аммонийным азотом близки и на роль остальных химических элементов в формировании загрязнения приходится незначительная доля. Так например, во втором полугодии 2006 года на площади со значительным уровнем загрязнения приходилось по аммонийному азоту 26,5 км2, по нитратам (только для промзоны) - 6,5 км2, а по СПЗ - 32 км2. Одно из самых значительных загрязнений приходится на второстепенные эле-

менты в октябре 2010 года, когда на площади с СПЗ >1 приходится 44 км2, а на суммарную площадь по N114 и Ы03 с ПДК >1 - 35 км2.

Таким образом, по результатам эколого-гидрогеохимических исследований можно сделать следующие выводы:

1. ОАО «Минудобрения» является значимым объектом, влияющим на трансформацию подземных вод.

2. Фиксируется воздействие двух основных источников загрязнения гидросферы: центральной промышленной площадки, с комплексом внеплощадных сооружений, таких как ливнеотстойники, шламонакопители, емкость для аммиака и т.д. и комплекса прудов-накопителей.

3. В период исследования эколого-гидрогеохимическая аномалия, сформировавшаяся в районе предприятия, вела себя достаточно стабильно. Однако, в 2010 году произошло общее снижение уровня загрязнения. Это в значительной степени обусловлено рядом природоохранных мероприятий: модернизацией оборудования, ремонтом очистных сооружений, дополнительным экранированием прудов-накопителей.

4. Основные пути миграции загрязняющих веществ для производственной площадки и прудов-накопителей, в целом, совпадают с направлением течения подземных вод: юго-запад, юг, юго-восток.

5. За 20-летний период проведения эколого-гидрогеохимического мониторинга зафиксировано значительное преобладание чрезвычайно опасной эко-лого-гидрогеохимической ситуации. Выявлено, что пиковым годом (особенно по чрезвычайно опасному состоянию подземных вод) был 1992 год.

6. Площади подземных вод со значительным уровнем загрязнения по СПЗ и суммарно по азотам (ЫН4 и Ы03) близки. На уровень загрязнения более 1 ПДК по всем остальным элементам приходится до 15-20%. То есть, ведущая роль в загрязнении подземных вод аммонийным азотом и нитратами подтвердилась.

По результатам исследований была построена карта защищенности подземных вод, и выявлено, что промышленная площадка комбината размещена на территории, где подземные воды имеют самую низкую защищенность, так как зона аэрации сложена здесь в основном песками с отдельным развитием маломощных линз суглинков.

Согласно картографическому моделированию трансформации верхних водоносных горизонтов в 2006 году состояние подземных вод, используемых для питья, было крайне неудовлетворительным. При этом, фиксировались два основных ореола распространения загрязнения: центральная промышленная площадка и каскад прудов-накопителей. В 2007 году трансформация подземных вод достигла максимума. Отмечаются точки с концентрацией соединений азотов более 1000 ПДК.

2010 и 2011 года характеризуются уменьшением баллов трансформации турон-

коньякского водоносного комплекса, особенно в районе отстойников, в связи с дополнительной экранизацией прудов-накопителей.

Картографическое моделирование (рисунок 1) района влияния ОАО «Минудобрения» приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схемы уровней техногенной трансформации подземных

вод

границы уровней трансформации подземных вод. проведенные методом экстраполяции

Уровни трансформации подземных вод: минимальный

средний

2006 г

2007 2010

Условные обозначения

Анализ рисунка позволяет сделать выводы:

- разработанная методика оценки применима для природных условий с 1 -5 категорией защищенности подземных вод. Она позволяет оценивать трансформацию гидросферы на основе учета совокупности и природных, и техногенных факторов при условии, что главными факторами выступают природная защищенность и уровень техногенного загрязнения;

- за рассматриваемый промежуток времени, с 2006 по 2011 года, выявлено, что основным по площади распространения уровнем преобразования подземных вод является высокий, характеризующийся загрязнением от 0 до 10,1 СПЗ. Центральная промышленная зона характеризуется максимальным уровнем трансформации верхних водоносных горизонтов. Минимальная степень деградации наблюдалась лишь в мае и августе 2010 года площадью до 0,12 км2;

- высокие и максимальные баллы трансформации подземных вод фиксируются вокруг центральной промышленной площадки, каскада прудов-накопителей, а также поймы и первой надпойменной террасы реки Черная Ка-литва. Это связано с большим количеством источников загрязнения на данных территориях, высоким объемом образующихся отходов, несовершенством технологий, неглубоким залеганием подземных вод, отсутствием мощных прослоев слабопроницаемых отложений;

- на основе изучения графиков динамики площадей уровней трансформации гидросферы выявлено, что по низкому уровню преобразования отмечается тренд на уменьшение ореола распространения, а по среднему и высокому - на увеличение. Площадь минимального уровня деградации практически отсутствуют, а по максимальному уровню отмечается уменьшение площади распространения в период с конца 2007 по май 2010 года на 3 км2;

- при размещении дополнительных объектов в изучаемом районе результаты данных исследований обязательно должны учитываться. Это позволит избежать или снизить уровень трансформации подземных вод, а также наметить природоохранные мероприятия, что, в конечном итоге, будет способствовать приведению предприятия к устойчивому развитию.

Оценка трансформации продуктивного водоносного горизонта позволила выявить основные проблемные зоны района размещения ОАО «Минудобре-ния», что дает возможность построить схему объектового геоэкологического мониторинга подземных вод с учетом природных и техногенных факторов. Кроме того, полученные данные свидетельствуют о необходимости разработки системы экологического менеджмента предприятия, в рамках которой должны быть разработаны природоохранные мероприятия.

В главе также представлен анализ поверхностных вод и донных отложений, дана оценка состояния снеговых отложений и растительности.

Проведенные анализы явились основой для разработки системы объектового геоэкологического мониторинга предприятия химической промышленности ОАО «Минудобрения».

Глава 4. Система экологического менеджмента предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений

В главе 4 разработана структура экологического менеджмента предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений (рисунок 2), включающая природоохранные мероприятия, применение инновационных подходов при экологических расчетах, элементы связи с общественностью и экологический аудит.

Выявление ведущих зв

Оценка загрязнения подземных по СПЗ

Оценка защищенности подземных вод

Интегральная оценка уровня трансформации

Система экологического менеджмента

Анализ трансформации компонентов природной среды

Атмосферы

Анализ загрязнения снеговых отложений

Поверхностных вод

Анализ загрязнения р. Черная Калнтва

г Растительности

Терр аналогический анализ растительности

Система геоэкологического мониторинга

Контр ешь за здоровьем людей в зоне влияния ОАО «Минудобр ения»

Мониторинг состояния атмосферы, снеговых отложений

Мониторинг почвенных отложений, растительности

Обеспечение системы связи с общественностью

Разработка инженерных сооружений и природоохранных мероприятий

Контроль за здоровьем людей организаций в рамках оценки грофзаболеваннй

Организация внутреннего и ^ внешнего аудита ОАО «Минудобр ения

Очистка подземных вод с использованием 2-ух дополнительных типов денитрнфн-каторов

Экранизация территории и создание системы стока в районе троими -ленной площадки, участка водоочнет-

Переход на замкнутый цикл водоснабжения

Расчет НДС как элемент гртродо-охранной деятельности

Создание системы стока и очистки вод на пути к лнвнеотстойннка м

Реконструкция хранилища аммиака и создание системы отвода вод

Создание гротиво-фнльтрацнонных устройств комбинированного типа шла монакопителен н лнвнеотстойни-ках

Ремонт ну крепление фундаментов зданий, строений и сооружений

Обеспечение рассеивания ЗВ в воздухе путем троекпровання высоты трубы

Создание іротнво-фильтрационных устройств комбинированного типа

Рисунок 2 - Структура СЭМ предприятия химической промышленности по производству минеральных удобрений

Ее реализацию предлагается проводить поэтапно, по направлениям:

1) анализ трансформации компонентов природной среды, который необходим для выявления экологических аспектов при формировании жизненного цикла производства минеральных удобрений. Специфика производства определяется значительным количеством экологически опасных объектов, связанных с основными технологическими циклами, а также системой обращения с отходами;

2) создание системы геоэкологического мониторинга является важным аспектом деятельности СЭМ, т.к. достоверность и информативность получаемых данных есть основной критерий оценки эффективности природоохранной деятельности (рисунок 3);

Условные обозначения Масштаб

ьоо о дао йх»

- номер наблюдательной скважины • - точки отбора проб почвы, снега, воздуха ^^

О - дополнительные наблюдательные скважины ^^

- места отбора проб поверхностных вод из реки Черная Калитва ф - границы гидротехнических объектов

- линии одинаковых абсолютных отметох

(изогипсы) ЭМ

С. - номер вектора мониторинга

- направления мониторинга подземных вод

- границы населенных пунктов

- границы производственных сооружений

- автомобильная дорога

- экологическая мишень

Рисунок 3- Схема геоэкологического мониторинга 19

3) внедрение инновационных способов, методик и технологий, обеспечивающих улучшение экологических параметров окружающей среды;

4) отработка системы связи с общественностью как элемента обратной связи в системе «предприятие-население прилегающих территорий»;

5) проведение качественного внутреннего и глубокого внешнего аудита с охватом всех элементов природоохранной деятельности, определение ее коэффициента полезного действия, выделения мест экологической напряженности.

6) корректировка экологической политики на новом этапе СЭМ.

В соответствии с алгоритмом, была разработана структура объектового геоэкологического мониторинга, где были обозначены и описаны направления мониторинга, а также дана характеристика каждого из них (рисунок 3). Так, для контроля состояния верхних водоносных горизонтов предлагается ряд направлений наблюдения за конкретными экологическими мишенями: 1,9 - водозабор Трушевской; 2,3 - р. Черная Калитва, с. Морозовка; 4,5,6,10 - р. Черная Калит-ва; 7,11 - с. Евстратовка; 8 - г. Россошь. Каждый из них имеет в своем составе от 2 до 4 наблюдательных скважин.

Точки мониторинга состояния атмосферного воздуха, почвенных отложений, снега, поверхностных вод также обозначены на схеме. При их постановке использовался принцип наложения. Схема отбора преимущественно радиальная.

Таким образом, система мониторинга, основанная на оценке трансформации подземных вод отличается от существующей, и характеризуется четко обоснованной постановкой точек наблюдения.

В качестве элемента улучшения экологической обстановки разработана модель качества реки по условиям разбавления и оседания частиц (рисунок 4), где выделены следующие возможные ситуации:

Рисунок 4 - Модель качества р. Черная Калитва в месте сброса

I - Допустимое. Происходит разбавление ЗВ сточных вод. Взвешенные вещества не оседают на дне.

II — Условно допустимое. Разбавление ЗВ происходит, но взвешенные частицы оседают на дне р. Евстатовский, загрязняя донные отложения, способствуя загрязнению поверхностных и подземных вод.

III - Опасное. Разбавление в реке недостаточное, но оседания частиц не происходит на пути движения к реке Черная Калитва.

IV - Очень опасное. Не происходит разбавления загрязняющих веществ в р. Черная Калитва и взвешенные частицы оседают на дне р. Евстратовский.

Выводы

В ходе проведенной работы была достигнута основная цель - дана комплексная оценка трансформации верхних водоносных горизонтов и предложена система экологического менеджмента, способствующая повышению качества окружающей среды. Для ее достижения решены поставленные задачи.

1. Разработана методика интегральной оценки уровней техногенной трансформации гидросферы в зоне влияния предприятий по производству удобрений, отличающаяся анализом их природных и техногенных факторов. Она основана на интегрировании данных о природной защищенности водоносного горизонта и суммарного показателя загрязнения в единую систему оценки трансформации продуктивного водоносного горизонта (таблица 1). Использование данной методики позволяет получить комплексную оценку состояния подземных вод и разработать систему экологически грамотных мер по стабилизации и улучшению состояния окружающей среды.

2. Предложена методика графического моделирования оценки состояния поверхностных вод равнинного типа.

Результатом решения данной задачи явилось построение модели качества поверхностного водотока, на основе:

1) кратности разбавления частиц,

2) скорости оседания взвешенных частиц

В результате выделяются четыре варианта состояния поверхностных водотоков: допустимое, условно допустимое, опасное, очень опасное.

Данная методика позволит мобильно реагировать на загрязнение поверхностных водотоков в период нештатных и чрезвычайных ситуаций, а также более точно оценить состояние поверхностных водотоков, что дает возможность снизить загрязнение поверхностных и, в свою очередь, подземных вод.

3. По результатам интегральной оценки техногенной трансформации гидросферы, снеговых и донных отложений района влияния предприятия химической

промышленности по производству минеральных удобрений выявлено:

- за рассматриваемый промежуток времени, с 2006 по 2011 года основным по площади распространения уровнем преобразования подземных вод является высокий, характеризующийся загрязнением от 0 до 10,1 СПЗ;

- высокие и максимальные баллы трансформации (от 12,5 до 5000) подземных вод фиксируются в районе центральной промышленной площадки, каскада прудов-накопителей, а также поймы и первой надпойменной террасы реки Черная Калитва;

- по низкому уровню преобразования отмечается тренд на уменьшение ореола распространения, а по среднему и высокому - на увеличение;

- загрязнение снеговых и донных отложений относительно подземных вод невелико и достигает соответственно 15-кратного превышения фонового значения и пятикратного превышения ПДК;

- интегральная оценка трансформации подземных вод легла в основу формирования схемы экологического мониторинга.

4. Даны предложения по особенностям структуры экологического менеджмента предприятий по производству минеральных удобрений, которые представлены на рисунке 3. В основе структуры СЭМ лежат:

- анализ трансформации компонентов природной среды;

- формирование системы геоэкологического мониторинга;

- разработка инженерных сооружений и природоохранных мероприятий.

Использование предложенных рекомендаций позволит снизить отрицательное воздействие производства удобрений на компоненты природной среды и человека. Данная система экологического менеджмента может быть внедрена в экологическую политику существующих химических предприятий по производству минеральных удобрений.

Внедрение системы экологического менеджмента, основанной на оценке трансформации гидросферы, приведет к улучшению состояния окружающей среды в зонах влияния предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений и обеспечит экологическую комфортность среды обитания.

5. Разработан алгоритм объектового геоэкологического мониторинга района влияния предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений, который базируется на комплексном, четко направленном, системном подходе при осуществлении наблюдений за состоянием подземных вод, атмосферы, поверхностных вод, почвенных отложений, снежного покрова,

растительности. Всего выделено 11 направлений. На каждом направлении от 2 до 4 наблюдательных скважин. Каждое направление приурочено к определенной экологической мишени.

В результате, разработанная система экологического контроля значительно отличается от существующей и позволяет:

- фиксировать границы ореола загрязнения;

- оценивать эффективность внедренных разработок;

-принимать экологически грамотные природоохранные меры в рамках системы экологического менеджмента.

Основные положеппя диссертации опубликованы в работах:

1. Косинова, И.И. Трансформация подземных вод в зоне вдлпяпия предприятия химической промышленности ОАО "Мипудобрения" / И.И. Косинова, ДА. Белозеров // Проблемы региональной экологии, № 3. — 2011. — С. 54-60. — 0,4 п.л.

2. Белозеров, ДА. Совершенствование методики разработки нормативов допустимых сбросов веществ в водные объекты для водопользователей / ДА. Белозеров // Всстппк Воронежского государственного университета. Сер. Геология .— Воронеж, 2011. — № 2. - С. 186-193. — ISSN 02345439. — ISSN 1609-0691. — 0,3 п.л.

3. Косинова, И.И. Роль лнтологического фактора при техногенной трансформации подземных вод / И.И. Косинова, ДА. Белозеров // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Естественные науки. — Москва, 2013. — № 1. - С. 80-90. — 0,7 п.л.

4. Белозеров, Д.А. Система экологического менеджмента предприятия химической промышленности ОАО "Минудобрения" / Д.А. Белозеров, И.И. Косинова // Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях : материалы 5-й междунар. науч.-практ. конф., г. Воронеж, 16 дек. 2009 г. — Воронеж, 2009 .— Ч. 2. - С. 90-94 .— 0,3 п.л.

5. Белозеров, Д.А. Трансформация гидросферы в зоне влияния предприятия химической промышленности (на примере ОАО "Минудобрения") / Д.А. Белозеров // Материалы научной сессии Воронежского государственного университета. Секция экологической геологии .— Воронеж, 2010 .— Вып. 3. - С. 14-17,— 0,2 п.л.

6. Белозеров, Д.А. Классификация факторов экологических рисков при эксплуатации предприятий химической промышленности на примере ОАО "Минудобрения" / Д.А. Белозеров // Материалы научной сессии Воронежского государственного университета. Секция экологической геологии .— Воронеж, 2011 .— Вып. 4. - С. 9-12 .— 0,2 п.л.

7. Белозеров, Д.А. Система экологического менеджмента ОАО "Минудобрения" / Д.А. Белозеров // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы : материалы 2-й междунар. науч.-практ. конф., 4-6 окт.

2011 г. — Воронеж, 2011 .— С. 392-395 .— 0,3 п.л.

8. Белозеров, Д А. Загрязнение подземных вод аммонийным азотом в зоне влияния предприятия химической промышленности ОАО "Минудобрения" / Д.А. Белозеров // Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях : материалы 6-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Воронеж, 10 дек. 2010 г. — Воронеж, 2010 .— Ч. 2. - С. 135-139 .— 0,3 п.л.

9. Белозеров, Д. А. Ограниченность методики разработки нормативов допустимых сбросов веществ в водные объекты для водопользователей / Д.А. Белозеров // Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях : материалы 7-й Международной научно-практической конференции, г. Воронеж, 21 дек. 2011 г. — Воронеж, 2012 .— Ч. 4. - С. 174-176 .— 0,2 пл.

10. Белозеров, Д.А. Анализ состояния поверхностных вод в районе предприятия химической промышленности ОАО "Минудобрения" / Д.А. Белозеров // Материалы молодежного инновационного проекта "Школа экологических перспектив".— Воронеж, 2012 .— С. 103-106 .— 0,3 п.л.

11. Белозеров, Д. А. Мониторинг подземных вод как элемент системы экологического менеджмента ОАО "Минудобрения" / Д.А, Белозеров // Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях : материалы 8-й Международной научно-практической конференции, (5 дек. 2012 г.) .— Воронеж, 2012 .— Ч. 1. - С. 74-79 —0,3 п.л.

12. Белозеров, Д.А. Методика комплексной оценки трансформации подземных вод при инженерно-экологических изысканиях в ЦЧР / Д.А. Белозеров // Материалы Второго молодежного инновационного проекта "Школа экологических перспектив" — Воронеж, 2013 .— С. 59-62 .— (Посвящается 95-летию Воронежского государственного университета).

Отпечатано в ООО «Копи-дентр «Исток» Печать цифровая, с готового оригинал- макета. Заказ № 17108 от 07.10.2013 г. Тираж 80 экз. Пр-т Революции, 58 Тел. 473 2-644-694 E-mail: s_omk@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Белозеров, Денис Александрович, Воронеж

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет»

04201365515 Белозеров Денис Александрович

25.00.36 - Геоэкология(Науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Косинова Ирина Ивановна

Воронеж — 2013

Содержание

Введение 4

1 Состояние изученности проблемы 10

1.1 Существующие методики оценки состояния подземной гидросферы 10

1.2 Химическая промышленность как наиболее яркий представитель техногенно нагруженных территорий 11

1.3 Геологическое строение Россошанского района 17

1.4 Гидрогеологические условия района 22

2 Методика интегральной оценки трансформации водоносных горизонтов в районе предприятий по производству минеральных удобрений 37

2.1 Методика учета главных факторов при эколого-гидрогеохимических оценках 38

2.2 Методические подходы при учете второстепенных факторов эколого-гидрогеохимических оценок 42

2.3 Методика интегральной оценки уровней трансформации водоносных горизонтов в районе предприятий по производству минеральных удобрений 49

2.4 Методика графического моделирования оценки состояния поверхностных вод. 54

2.5 Алгоритм формирования объектового геоэкологического мониторинга района влияния предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений 64

3 Оценка уровня трансформации компонентов природной среды в зоне предприятия химической промышленности по производству минеральных удобрений 67

3.1 Экономико-географическая характеристика 68

3.2 Техноструктура предприятия 69

3.2.1 Техногенные условия территории 69

3.2.2 Характеристика источников загрязнения компонентов природной

среды 71

3.2.3 Характеристика очистных сооружений и выпуска 76

3.3 Эколого-гидрогеохимический анализ состояния подземных вод 79

3.4 Оценка естественной защищенности подземных вод района исследований 100

3.5 Интегральная оценка уровня трансформации продуктивного

водоносного горизонта 108

3.6 Анализ поверхностных вод и донных отложений 117

3.7 Влияние атмосферных выбросов на загрязнение снеговых отложений и растительности в зоне влияния комбината. 123 4 Система экологического менеджмента предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений 131

4.1 Структура экологического менеджмента предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений 131

4.2 Состав экологического менеджмента предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений 136

4.2.1 Структура объектового геоэкологического мониторинга предприятия химической промышленности ОАО «Минудобрения» 137

4.2.2 Экологическая оценка жизненного цикла продукции на ОАО «Минудобрения» 144

4.2.3 Разработка инновационных природоохранных мероприятий и

защитных 150

4.2.4 Связь с общественностью 174

4.2.5 Организация внутреннего и внешнего аудита на предприятии химической промышленности ОАО «Минудобрения» 175 Заключение 178 Список литературы 181

Введение

Актуальность. Экологическая политика России во многом базируется на концепции устойчивого развития, то есть стабильном социально-экономическом развитии, не разрушающим своей природной основы. Россия является одним из крупнейших производителей продукции химической промышленности, особенно минеральных удобрений. Их производство ведет к негативному влиянию на все компоненты природной среды. Согласно исследованиям наиболее значительное влияние испытывают подземные воды.

Применяемые в настоящее время методики обладают следующими недостатками:

Объект исследования - элементы гидросферы зоны влияния предприятий химической промышленности по производству минеральных удобрений, которые включают поверхностные воды и приповерхностные водоносные горизонты.

Задачи исследования:

2) разработать методику графического моделирования оценки состояния поверхностных вод;

Научная новизна работы:

1) разработана методика интегральной оценки уровней техногенной

трансформации гидросферы в зоне влияния предприятий по производству

минеральных удобрений, базирующаяся на учете особенностей геологического разреза, глубины залегания подземных вод, степени их загрязнения, интенсивности и пространственной ориентированности техногенной нагрузки и отличающаяся интегральным анализом природных и техногенных факторов;

Кроме того, на основании методики графического моделирования оценки состояния поверхностных вод в период чрезвычайных и иных нештатных ситуаций возможна оперативная комплексная оценка их качества, моделирование сложившейся ситуации и принятие обоснованных решений по стабилизации состояния окружающей среды.

Методическая база исследований основывается на трудах ведущих российских ученых, среди которых Трофимов В.Т., Косинова И.И., Гольдберг В. М., Питьева

К.Е, Бочаров В.Л., Механтьева Л.Е., Куролап С.А., и др.

Защищаемые положения:

2) методика графического моделирования оценки состояния поверхностных вод равнинного типа;

соответствии с ним, система объектового геоэкологического мониторинга района влияния предприятий химической промышленности.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Существующие методики оценки состояния подземной гидросферы

В настоящее время существует ряд методик для оценки состояния гидросферы.

Так, для оценки защищенности подземных вод наибольшее распространение получили методики качественной и количественной оценки защищенности водоносных горизонтов Гольдберга В.М.

Оценка загрязнения гидросферы может осуществляться как по отдельным компонентам на основе нормирования к предельно допустимой концентрации (ПДК) загрязняющих веществ, так и по всем компонентам путем расчета суммарного показателя загрязнения (СПЗ), где осуществляется суммирование отношений к ПДК по компонентам, концентрация которых превышает норму. Кроме того, состояние гидросферы может оцениваться по суммарному показателю концентрации (СПК), где, в отличие от СПЗ, рассчитываются отношения к фоновым значениям.

Активным изучением экологического состояния подземных вод как природного ресурса, компонента окружающей среды и базовой составляющей природно-технических гидрогеологических систем занималась Белоусова А.П. Она предложила методы оценки защищенности и уязвимости подземных вод к загрязнению и способы определения параметров массопереноса.

Хаустов А. П. на основе системных принципов рассмотрел возможности экологического нормирования техногенных воздействий на подземную гидросферу, а также подходы к оценке устойчивости гидрогеологических систем и процессы трансформации загрязнителей в водоносных горизонтах

Смирнова А.Я. оценила естественную защищенность грунтовых вод от загрязнения на территории Воронежской области с использованием методик Гольдберга В.М.

Кроме того, исследованиями экологического состояния подземных вод, нормированием их состояния занимались Догановский A.M., Кирюхина В.А., Короткое А.И., Крайнов С.Р., Хаустова А. П., Язвин JI.C. Таким образом, изучением загрязнения подземных вод, их защищенности, трансформации занимались многие ученые. Существует несколько методов оценки состояния гидросферы, но нет комплексного, интегрального метода оценки трансформации водоносных горизонтов. В этой связи, разработка такого метода является актуальной задачей в районах техногенно нагруженных территорий.

1.2 Химическая промышленность как наиболее яркий представитель техногенно нагруженных территорий.

Химическая промышленность является одной из ведущих отраслей экономики России. В конце 90-х годов XX века на долю химической отрасли приходилось порядка 7 % ВВП страны, что намного больше чем в других странах. Так, в Соединенных Штатах Америки аналогичный показатель в три раза меньше.

Но участие России в общемировом химическом производстве незначительно и составляет 2-3 %; что соответствует 11 % объема производства США и 65-70 % объема производства ряда развитых Европейских стран. По выпуску химической продукции Российская Федерация занимала 20-е место в 2005 году.

В соответствии со «Стратегией развития химической и нефтехимической промышленности России на период до 2015 года», принятой в 2007 году ежегодно наблюдается рост объема производства важнейших видов химической и нефтехимической промышленности.

Объем производства химической и нефтехимической продукции в 2006 году составил:

- в странах ЕС - 1 619 млрд. долл.;

- в США - 405 млрд. долл.;

- в России - около 40 млрд. долл.

Структура химического комплекса России представлена на рисунке 1.1.

35п

30-

25- /

20-

15-

10-

отрасль химическом промышленности