Методы гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых горнодобывающих предприятий

Рыбников, Петр Андреевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Методы гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых горнодобывающих предприятий
ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Методы гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых горнодобывающих предприятий"

на правах рукописи

РЫБНИКОВ ПЕТР АНДРЕЕВИЧ

Методы гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых

горнодобывающих предприятий (на примере межозерного

рудника Южного Урала)

Специальность 25.00.07 - Гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 2004

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова

Научный руководитель:

доктор технических наук

Н.И. Парфенова

Научный консультант:

кандидат геолого-минералогических наук

С.Д. Исаева

Официальные оппоненты

доктор геолого-минералогических наук, профессор

И.К. Гавич

кандидат геолого-минералогических наук

О.А. Олиферова

осдущан ириннмцим:

Российский научнп-исспед1тате«кский институт водного хозяйства (РосНИИВХ, г. Екатеринбург)

Защита состоится 26 февраля 2004 г. в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.121.01 в Московском государственном геологоразведочном университете им. С. Орджоникидзе, по адресу: 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, аудитория 5-49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного геологоразведочного университета.

Приглашаю Вас принять участие в заседании совета или прислать Ваш отзыв в 2-х экземплярах, заверенный подписью и печатью, ученому секретарю, по адресу: 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, ГГФ, кафедра гидрогеологии, доц. Е.В. Попову

Автореферат разослан « 24 » ЯИ8ДРЯ_2004 г.

Ученый секретарь совета, _ ,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент у и оу/ Е.В. Попов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Уральский регион является территорией, длительное время испытывающей интенсивное воздействие предприятий горнодобывающего профиля. В течение продолжительного периода разработка полезных ископаемых осуществлялась под защитой дренажа при понижении уровня подземных вод на сотни метров. Хозяйственное освоение прилегающих территорий ориентировалось именно на эту эколого-гидрогеологическую обстановку. В последние десятилетия сложившееся равновесие нарушено. В связи с изменившейся экономической конъюнктурой и истощением запасов происходит массовое закрытие горнодобывающих предприятий. Это коренным образом изменяет складывавшуюся до этого десятилетиями или даже веками гидродинамическую и гидрохимическую обстановку в густонаселенных районах. Прекращение водоотлива, затопление карьеров и шахт приводит к формированию техногенных водоемов объемом миллионы кубометров кислых вод; подтоплению ранее освоенных прилегающих территорий; загрязнению подземных и поверхностных вод. Развитие негативных процессов в районе ликвидируемых горнодобывающих предприятий должно быть контролируемым и управляемым. Управление гидродинамической обстановкой и оптимизация экономической и экологической эффективности водоохранных мероприятий в подобных ситуациях является важнейшей составляющей при экологических исследованиях, геоэкологическом мониторинге, проектировании, разработке оптимальной экономической схемы развития территории. Методология такого оперативного управления еще только формируется.

Цель работы. Разработка методов гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в области влияния ликвидируемых горнодобМаюЩих предприятий., Решение задач краткосрочной эколого-экономической оптимизации водоохранных мероприятий. >

Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

1. Проанализированы постановка и методы решения задач оптимизации и оценки риска в гидрогеологических и геоэкологических исследованиях.

2. Проанализированы гидрогеологические и экологические особенности динамики развития негативных природно-техногенных процессов в области воздействия ликвидируемых горнодобывающих предприятий Южного Урала.

3. 'Для обоснования инженерных мероприятий и прогноза изменения гидрогеоэкологической ситуации построены и верифицированы математические модели:

а) области гидродинамического влияния типичного ликвидируемого горнодобывающего предприятия;

б) оптимизации4 работы вертикального дренажа и оперативного управления режимом подземных вод при борьбе с подтоплением [территорий в зоне влияния ликвидируемых горнорудных предприятий с учетом экологических критериев и ограничений.

4. Разработана методика оценки эколого-экономической эффективности водоохранных мероприятий при борьбе с подтс|прШй^м^щ^дЩШЩ5руемь1х

БИБЛИОТЕКА

Л СПетерСур?

горнодобывающих предприятий Южного Урала.

5. Обоснованы инженерные мероприятия (режим работы, количество и расположение дренажных скважин, регламент управления уровнями техногенных водоемов) по предотвращению развития неблагоприятных природно-техногенных процессов в зоне гидродинамического воздействия ликвидируемого горнодобывающего предприятия. Научная новизна заключается в том, что

1. Предложена методика обоснования водоохранных мероприятий в области влияния ликвидируемых горнодобывающих предприятий Южного Урала, базирующаяся на математическом моделировании и решении задач оптимизации.

2. Разработан метод численного моделирования нестационарного функционирования техногенных водоемов. Обоснованы способы и приемы схематизации в широко используемых системах моделирования геофильтрации.

3. Предложены критерий (целевая функция) и ограничения (экологические и технические) для оценки эффективности работы вертикального дренажа методами математического программирования.

4. Разработаны алгоритмы численно-аналитических решений уравнения нестационарной фильтрации для типовых расчетных схем, позволяющие решать задачи оптимизации и оперативного управления режимом подземных вод.

5. Обоснованы принципы работы системы оптимального управления режимом подземных вод для объекта исследований, предложен алгоритм работы автоматизированной системы управления.

Защищаемые положения диссертационной работы могут быть сформулированы в следующем виде:

1) Методика обоснования, прогнозирования и оптимизации водоохранной деятельности в области влияния ликвидируемых горнодобывающих предприятий включает: решение методами численного моделирования задач вариантной оптимизации и управления потенциально опасными объектами (техногенные водоемы и водоносные горизонты), решение задачи оперативного управления работой вертикального дренажа.

2) Основным этапом создания геофильтрационной модели ликвидируемого горнорудного предприятия является воспроизведение всей гидродинамической истории освоения месторождения с учетом формирования техногенных водоемов, изменения инфильтрационного питания и фильтрационных параметров.

3) Влияние техногенных водоемов учитывается как изменяющееся во времени внутреннее граничное условие. Балансовые составляющие взаимодействия водоносного горизонта и водоема определяются путем численного решения системы уравнений в частных производных и интегро-дифференциального уравнения.

4) Эффективная защита от подтопления, латентного загрязнения поверхностных вод, основывается на управлении уровенным режимом техногенных водоемов и работой вертикального дренажа. Для оперативного управления работой

вертикального дренажа используется оптимальное решение, основанное на экономическом критерии при эколого-технических ограничениях. Объектом исследования является область гидродинамического влияния Межозерного -рудника (Верхнеуральская рудная зона - Учалинский ГОК, Южный Урал, бассейн реки Урал). Рудник эксплуатировал медно-колчеданныс месторождения, которые в 1956-1982 годах отрабатывались карьерами Объединенный. Юго-Восточный и Золоторудный, глубиной 160,130 и 50 метров, соответственно, пол » защитой законтурного дренажа.. В настоящее время карьер Юго-Восточный засыпан вскрышными породами, "Объединенный затоплен водой до дневной поверхности. Золоторудный используется в качестве шламоотстойного пруда. Нижние этажи месторождения в настоящий момент отрабатываются шахтой. В области, примыкающей к карьерам, отсыпаны отвалы пустых пород площадью 2,2 км2, средней высотой 25 м. Здесь сформировался техногенный водоносный горизонт, ресурс!, которого формировались за счет поглощения атмосферных осадков, а начиная с 1995 года, после достижения критических отметок в затопленных карьерах, за счет перетекания из них. В результате радикально изменилась гидродинамическая обстановка, произошло подтоплениепрйлегающих территорий, на порядок увеличился расход кислых подотвальных вод. В районе сложилась ситуация, которая может привести к техногенной катастрофе. ' - ' '

Практическая значимость. Построена представительная геофильтрационная модель объекта исследований, позволившая воспроизвести : исторйю освоения месторождения и обосновать комплекс экстренных мёр, направленных на снижение объема кислых вод, циркулирующих в затоплёйном' карьере, шлайоотстойнике и техногенном водоносном горизонте отвалов. Оценена краткосрочная эколого-экономическая эффективностьг работы Вертикального дренажа "при борьбе I подтоплением, предложен оптимальный режим управления дренажными системами. Разработана рациональная схема- водоохранных действий в области влияния потенциально опасных объектов. 1

Разработанные' методы моГут быть' распространены^ на объекты-аналоги Уральского региона^ Применение ' предложенного подхода позволяет: повысит! достоверность прогноза изменения ситуации в области гидродинамического влияния горнодобывающих предприятий после завершения отработки; разраббтать комплекс-экономически эффективных водоохранных мероприятий для''' селитебных г сельскохозяйственных территорий; обосновать стратегию предотвращения техногенных аварий; выбрать оптимальную схему водоохраннЬй деятельности для территорий, в пределах которых необходимо проведение осушительных мероприятий 4 при многофакторном антропогенном воздействии.

Реализация результатов. Обоснованные в работе рекомендации по водоохранном мероприятиям, принципы оптимизации работы дренажных систем были учтены при разработке проекта институтом УНИПРОМЕДЬ и к настоящем} времени частично реализованы Учалинским ГОКом.

экология и технология» - «Экватэк-2002» (Москва, 2002); международной научной конференции «Экологические проблемы мелиорации» (Москва, 2002).

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 171 страница состоит из введения, четырех глав и заключения, проиллюстрирована 76 рисунками, содержит 12 таблиц и включает 3 приложения. Список литературы состоит из 126 наименований.

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность научному руководителю доктору технических наук Н.И. Парфеновой и научному консультанту кандидату геолого-минералогических наук С.Д. Исаевой за научное руководство.

Автор глубоко благодарен профессору кафедры гидрогеологии МГУ Лехову A.B. за ценные консультации и обсуждение результатов, руководству НПФ «ПАНЭКС», техническому директору института УНИПРОМЕДЬ Филюшкину Г.А. и главному инженеру проекта того же института Бородину Г.И. за предоставленные материалы, ведущему гидрогеологу ОГУП ТЦ «Уралгеомониторинг» Филюшкиной Ю.Г. за помощь в оформлении работы.

Содержание работы

В первой главе дается обзор основных видов воздействия ликвидируемых горнодобывающих предприятий на геологическую среду Уральского региона, рассматривается характеристика природных условий и изменение гидрогеологической обстановки под влиянием горнодобывающей деятельности на объекте исследований.

Исследованию типичных видов техногенного преобразования геологической среды под влиянием горнодобывающей деятельности посвящены работы: В.А. Мироненко, В.М. Шестакова, В.Г. Румынина, Э.Ф. Емлина, A.B. Лехова, Н.И. Плотникова, Ю.А. Норватова, В.Г. Зотеева, JI.C. Табаксбалата и др.

В настоящее время экологическая ситуация во многих горнопромышленных регионах России существенно изменилась по сравнению с периодом 15-20 летней давности. Истощение многих месторождений полезных ископаемых, изменение экономической конъюнктуры обусловило массовое закрытие горнодобывающих предприятий, затопление горных выработок (так называемая «мокрая консервация»), что приводит к подтоплению прилегающих территорий, освоенных ранее в условиях глубокого водопонижения, и активизации процессов техногенного загрязнения подземных и поверхностных вод. Об увеличении степени негативного воздействия ликвидированных и законсервированных горнодобывающих объектов по сравнению с периодом отработки, в частности, свидетельствует увеличение содержания солей тяжелых металлов в поверхностных водотоках в результате выноса в реки тяжелых металлов из шламохранилищ, отвалов, затопленных карьеров, шлаков медеплавильных производств, несмотря на значительное сокращение объемов сброса сточных вод (Зотеев, 2001). По данным различных исследований (Мироненко, Румынии, 1999; Емлин, 1991, Зотеев, 2001; Табаксблат, 1998,) известно, что токсичность многих отходов (таких как хвосты обогащения, шламы от переработки руд и нейтрализации кислых вод, отвалы вскрышных и забалансовых руд) в процессе хранения возрастает в результате перехода минералов в растворимую форму (сульфаты и оксиды) при фильтрации атмосферных осадков.

Рядом исследователей отмечается, что для Уральского региона наиболее опасными с экологической точки зрения являются медно-колчеданные месторождения как действующие, так и законсервированные (из-за вещественного состава руд. способов отработки, складирования некондиционных руд и пустых пород без необходимой гидроизоляции). Природно-техногенные условия размещения медно-колчеданных месторождений Урала определяются следующими особенностями:

- С географических позиций - расположением месторождений в долинах малых I рек (притоков рек Урал, Чусовая, Тагил и т.д.) со средним врезом эрозионной сети

50-200 м. '

- С региональных гидрогеологических позиций - расположением в пределах Уральской системы бассейнов грунтовых вод зон трещиноватости: месторождения приурочены к вулканогенным , и вулканогенно-осадочным породам, характеризующихся высокой степенью фильтрационном неоднородности, элементарные бассейны подземного стока замкнутые (совпадают с областью поверхностного стока малых рек), децрессионная воронка при работе дренажных систем месторождений не выходит на сореурие водосборные площади.

- С гидродинамических позиций - изменением условий формирования потока подземных вод в связи с накоплением большого числа шахтных и подотвальных и образования на участках трансформированного рельефа (отвалов, зон обрушения подземных выработок) областей повышенного инфильтрационного ..питания. Наибольшее накопление техногенных вод наблюдается на месторождениях, эксплуатирующихся более 25 лет. В случае окончания отработки и превращения работы дренажных систем быстрое заполнение депрессионной воронки, и развитие подтопления прилегающих к месторождениям территорий (города ВЛышма, Березовский, Дегтярск и т.д.). . , -

Интенсивное техногенное воздействие, связанное с отработкой медно-колчеданных месторождений, привело к выделению рядом исследователей структурных единиц, характеризующих стелен'ь техногенного преобразования геологической среды, таких как горнопромышленные ландшафты сернокислого класса (по Л.С. Табаксблату,) или горнодобывающие медно-колчеданные комплексы (или горнорудные провинции) (по В.Г. Зотееву). На Южном Урале это Гайский, Сибайский, Учалинский, Мындякский медно-колчеданные комплексы и одноименные техногенные ландшафты сернокислого класса.

Район исследований, в пределах которого находятся отработанное открытым способом месторождение им. XIX партсъезда и отрабатываемое шахтой Узельгинское месторождение, входит в Учалинский медно-колчеданный комплекс (и одцрименный техногенный ландшафт сернокислого класса). Область исследований подверглась 1 типичному для горнорудных провинций Южного Урала техногенному преобразованию и может рассматриваться как эталонный объ,ект при разработке методов обоснования водоохранных мероприятий в области влияния ликвидируемых горнодобывающих предприятий.

Район расположен в сложных геологических условиях, приурочен к восточном) крылу Магнитогорского мегасинклинория, являющегося одной из крупнейших складчатых структур Южного Урала, где широко развиты различные вулканогенные и

вулканогенно-осадочные породы нижнего и среднего палеозоя, переотложенная кора выветривания мезозоя и кайнозойские образования. Климат района континентальный, среднее количество осадков составляет 300-400 мм в год. В гидрологическом отношении район характеризуется слабо развитой речной системой и распространением озер и болот. Основной трещинно-карстовый водоносный комплекс приурочен к зонам трещиноватости карбонатных отложений и эффузивно-осадочных отложений среднего девона, сверху перекрыт толщей рыхлых образований, содержащей грунтово-поровые воды. Трещиноватость в трещинно-карстовом водоносном комплексе развита до глубин 120-130 м. Данные опытно-фильтрационных работ свидетельствуют о значительной неоднородности фильтрационных свойств водоносного комплекса. Наиболее высокими фильтрационными характеристиками обладают карбонатные породы, приуроченные к долине реки Узельга (среднее значение проводимости 300 м2/сут). Питание водоносного комплекса происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, разгрузка в естественных условиях в реку Узельга. Местные водоразделы могут рассматриваться как непроницаемые границы для потока, учитывая низкие фильтрационные свойства водовмещающих пород на водоразделах и их высокое гипсометрическое положение.

В процессе отработки месторождений гидродинамическая и гидрохимическая обстановки в районе исследований менялись несколько раз. Отработка месторождения им. XIX партсъезда велась под защитой вертикального дренажа, максимальная глубина депрессионной воронки превышала 120м. Затем, после окончания отработки месторождения им. XIX партсъезда карьер Юго-Восточный был засыпан вскрышными породами, карьер Объединенный после частичной рекультивации использовался как буферная емкость для поверхностных, подземных и шахтных вод. С 1991 года шахтным способом отрабатывается Узельгинское месторождение. В непосредственной близости от отвалов и карьера Объединенный в Золоторудном карьере был организован Шламоотстойный пруд для отстоя после очистки на станции нейтрализации подотвальных и шахтных вод. В результате с 1995 года наблюдается подъем уровня воды в карьере Объединенный, с 1998 - многократный рост разгрузки подоотвальных вод, что свидетельствует о гидродинамическом взаимодействии Шламоостойного пруда, отвалов и карьера Объединенный. К настоящему времени объем разгрузки подоотвальных вод (минерализация до 10 г/л, рН=2,5, превышение ПДК по цинку в 119 раз, по меди в 57 раз) больше величины шахтного водоотлива почти в два раза. Мощности очистных сооружений (станции нейтрализации) на сегодняшний день практически полностью исчерпаны.

Затопление карьера Объединенный привело к подтоплению территорий. Увеличение объемов воды в системе карьеры-отвалы за последние пять лет резко обострило ситуацию. На сегодняшний день затоплены практически все подвальные помещения поселка Межозерный, расположенного в непосредственной близости от карьера. Кроме того, наблюдается развитие процесса подтопления расположенных в долине реки Узельга сельскохозяйственных угодий (почвы представлены черноземами).

Распространение ареала загрязнения на территориях, прилегающих к отвалам и затопленному карьеру, подтверждается данными многолетних наблюдений за динамикой изменения химического состава поверхностных и подземных вод в

бассейне р.Узельга, В центральной части рассматриваемой территории произошло изменение минерализации и состава подземных вод. При исходном гидрокарбонатном натриево-кальциевым составе природных вод с минерализацией в среднем 0,5 г/л в настоящее время подземные воды характеризуются сульфатным натриево-кальциевым составом с минерализацией до 2,5 г/л. В южной части исследуемой области пока сохраняется естественный гидрокарбонатный кальциевый состав, но наблюдается тенденция к увеличению минерализации (до 0,8 г/л), содержаний сульфатов и тяжелых металлов (по данным НПФ «ПАНЭКС», 2000; института УНИПРОМЕДЬ, 1970-2000).

Таким образом, необходима разработка экстренных мероприятий, направленных на снижение расхода разгрузки подоотвальных вод, предотвращение развития процесса подтопления прилегающих территорий. Объектами, определяющими гидродинамическую обстановку, являются затопленный карьер Объединенный и Шламоостойный пруд. Требуется проанализировать современные методы решения гидродинамических задач в области влияния подобных объектов. При обосновании мероприятий по борьбе с развитием процесса подтопления прилегающих к системе карьеры-отвалы территорий необходимо оценить дренажный эффект, следовательно, необходимо разработать систему оценки эффективности краткосрочных мероприятий (как экономической, так и экологической) в связи с высокой их стоимостью.

Вторая глава посвящена анализу современных методов постановки и решения задач оптимизации и управления водоохранными мероприятиями в гидрогеологии, экологии и водном хозяйстве, а также методам решения гидродинамических задач в области влияния технических и техногенных водоемов.

Признано, что задачи, связанные с разработкой водоохранных мероприятий целесообразно решать как задачи оптимизации (И.К. Гавич, В.А. Мироненко, Е.С. Дзекцер, В.Г. Румынии, А.Б. Лисенков, В.Г. Пряжинская, А.Л. Рагозин, Р.В. Булатов А.Д. Рикун, Б.Г. Слепцов, А.М. Черняев, A.A. Цхай, R. Kolluru, О. Renn, L. Rosen, Н. LeGrand).

Как правило, оптимизационные методы используются при решении следующих гидрогеологических задач:

- оптимизация объемов работ на стадии разведки месторождений подземных , вод и при гидрогеологическом картировании, целью решения задачи является

получение максимального объема гидрогеологической информации при минимуме капитальных затрат (ограничения в первую очередь экономические);

- оптимизация размещения водозаборных сооружений и управление их работой (для проектируемых сооружений - определение схемы их оптимального расположения и режима работы, для эксплуатируемых сооружений -оптимальный режим работы). На стадии проектирования критериями оптимальности являются технико-экономические показатели (задан проектный расход водозаборных сооружений, требуется минимизировать затраты или задан общий объем капиталовложений, требуется определить максимально возможный дебит работы водозабора). Для существующих водозаборов критериями оптимальности являются гидрогеологические показатели (задано максимальное время работы водозабора, допустимые понижения, требуется определить максимально возможный расход водозабора или задан проектный расход и допустимое понижение, требуется максимизировать время работы сооружения);

- оптимизация регламента и объема работ при разработке мероприятий по борьбе с загрязнением подземных вод^" цель решения - максимальное снижение экологической опасности (оцениваемой по интегральным показателям) при минимуме затрат;

- оценка и управление риском при борьбе с загрязнением подземных вод, подтоплением и т.д.; цель - вероятностная оценка возможного экономического ущерба и его вариантная минимизация.

Обычно при постановке оптимизационных задач рассматривается достаточно длительные периоды работы инженерного объекта (водозабора 25 лет, мелиоративной системы 15 лет, при разработке мероприятий по борьбе с загрязнением время зачастую не является ограничивающим фактором) и направлено на обеспечение максимально эффективного (в первую очередь с экономических позиций) его использования. Вопрос методического обоснования постановки и решения задач экстренной оптимизации (1-5 лет) водоохраных мероприятий в горнодобывающих районах практически не исследован.

Проведенный анализ состояния проблемы позволил сформулировать основные задачи исследований, заключающиеся в методическом обосновании постановки и решения задач оптимизации водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых, горнодобывающих предприятий. При этом под оптимизацией понимается исследование возможных состояний области гидродинамического воздействия ликвидируемых горнодобывающих предприятий при различных водоохранных мероприятиях и вубор, на основе экономических ■ критериев при технико-экологических ограничениях, наиболее эффективной программы действий.

Отличия постановки оптимизационных задач при разработке водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых горнодобывающих предприятий от традиционных задач оптимизации:

- существенные ограничения по времени реализации мероприятий (не более пяти лет);

- необходимость учета многофакторности воздействия (в первую очередь гидродинамического - техногенных водоносных горизонтов, затопленных карьеров, шламоотстойников, площади подтопления);

- необходимость оценки предотвращенного ущерба от развития неблагоприятных процессов, а не минимизации капитальных затрат;

- большое количество экологических ограничений;

- необходимость разделения постановки задачи для объектов-источников неблагоприятной обстановки (затопленных карьеров, техногенного водоносного горизонта) и для оптимизации мероприятий по борьбе с результатами воздействия этих объектов (борьбы с подтоплением) - из-за отсутствия математического аппарата, позволяющего решать задачу в целом с необходимой степенью инженерной точности.

Таким образом, решение задачи оптимизации водоохранных мер на ликвидируемых горнодобывающих предприятиях должно проводится по схеме, представленной на рис. 1. После воспроизведения методами математического моделирования гидродинамической истории отработки месторождения необходимо

решить две оптимизационных задачи: 1) вариантой оптимизации и обоснования проектных меротриятий на потенциально опасных объектах (затопленных карьерах, шпамоотстойниках, техногенного водоносного горизонта отвалов) и 2) оптимизации работы, вертикального дренажа при борьбе с подтоплением.

Рис. 1. Схема обоснования природоохранных мероприятий в районе ликвидируемых горнорудных предприятий Так как объектами, определяющими гидродинамическую обстановку в такой ситуации, являются техногенные водоемы (затопленные карьеры и шламоотстойные пруды), соответственно, достоверность математических моделей, описывающих их 4 взаимодействие, является определяющей при решении широкого круга водоохранных задач.

1 Разработке математических моделей, описывающих процесс нестационарной

фильтрации жидкости из каналов и техногенных водоемов, посвящены работы С.К. Абрамова, С.Ф. Аверьянова, В.М. Шестакова, Ф.М. Бочевера, H.H. Веригина, П.Я. Полубариновой-Кочиной, Е.С. Дзекцера, А.Ж. Муфтахова, П.А. Браги, А.Е. Орадовской, P.C. Штенгелова, С.О. Гриневского, X. Cheng, М.Р Anderson и др.

Анализ методов решения задач нестационарной фильтрации из техногенных водоемов показал, что, аналитические решения задачи имеют достаточно узкую

область применения. Во-первых, из-за существенных допущений о структуре потока (однородном строении водоносного горизонта, совершенном строении водоема, предположении о пошаговом изменении уровня воды в водоеме). Во-вторых, из-за сложности получения решения в виде, доступном для необходимого анализа (с помощью табулированных функций, разложения в ряд).

С другой стороны, многие пакеты моделирования геофильтрации не содержат корректной схематизации для моделирования нестационарного функционирования техногенных водоемов и сточных озер (Fenske, Leake, Prudic, 1996). Развитие численных моделей взаимодействия поверхностного и подземного стока в первую очередь направлено на оценку ущерба речному стоку (Гриневский 2003). Следовательно, существует необходимость в разработке математических моделей, описывающих подобные процессы. Учитывая сложность описания нестационарного взаимодействия техногенных водоемов и подземных вод (система уравнений в частных производных) решение оптимизационных задач существующими математическими методами представляется затруднительным. Целесообразным является решение подобного класса задач как задач вариантной оптимизации.

В третьей главе рассмотрена методика и результаты геофильтрационного моделирования области гидродинамического влияния ликвидируемого горнодобывающего предприятия. Целью геофильтрационного моделирования является обоснование водоохранных мероприятий на объектах - источниках неблагоприятной экологической обстановки (шламоотстойниках, затопленных карьерах, техногенных водоносных горизонтах) на основе краткосрочного прогноза изменения гидродинамической ситуации при различных вариантах реализации инженерных решений.

Учитывая условия размещения и отработки медно-колчеданных месторождений горно-складчатого Урала, такие задачи целесообразно решать в соответствии со схемой, апробированной на объекте исследований (рис. 2).

На первом этапе определяется цель решения задачи и проводится гидрогеологическая схематизация объекта исследований. Типичные элементы геофильтрационной схемы ликвидируемых медно-колчеданных месторождений горноскладчатого Урала приведены в таблице 1, геофильтрационная схема и гидрогеологические разрезы для объекта исследований на рис. 3,4.

На втором этапе определяются опорные стационарные периоды режима подземных вод для решения обратных задач. Направленность решения обратных задач на верификацию и уточнение фильтрационных параметров, быстрая стабилизация гидродинамических возмущений в замкнутых гидрогеологических структурах горноскладчатых областей (не более пяти лет) определяет возможность решения ряда задач в стационарной постановке.

Подробное воспроизведение гидродинамической истории отработки месторождения (по опорным стационарным периодам) связано с необходимостью определения фильтрационных свойств палеозойского водоносного горизонта в области интенсивного взаимодействия с техногенными водоемами (затопленными карьерами и шламоотстойниками), техногенным водоносным горизонтом отвалов. Корректное определение параметров представляется невозможным без воспроизведения на модели типовых ситуаций, отвечающих историческим этапам

освоения месторождения.

Таблица 1

Типичные элементы геофильтрационной схемы ликвидируемого медно-колчеданного месторождения горно-складчатого Урала

Внешние ГУ

Внутренние ГУ

Модельный разрез

Способы начальной оценки фильтрационных и емкостных параметров

Основные закономерности

распределения фильтрационных свойств

1-й модельный

слой-техногенный водоносный горизонт (безнапорный)

Аналитические расчеты, по

ГУ Н-го рода, непроницаемые границы, совпадают с

областью формирования поверхностного стока

ГУ Ш-го рода: реки, озера, техногенные

водоемы (параметры определяются по гидрологическим, режимным или литературным

данным); ГУ Н-го рода: дренажные и водозаборные скважины (режимные данные); ннфильтрациошю с питание

В зависимости от литологического и гранулометрического состава, процента содержания глыб скальных пород; наиболее высокие фильтрационные свойства характерны для отвалов, сформированных из глыб и крупного щебня известняков Кф>50 м/сут, наименьшие для пород вскрыш _К<ь<10 м/суг_

2-й модельный слой-покровныеи аллювиальные

отложения (разделяющий слой)

Интерпретация

опытно-фильтрационных и лабораторных данных

Общие зависимости отсутствуют, наиболее низкие значения характерны для покровных отложений, подстилающих подошву техногенного водоносного горизонта, в связи с уплотнением пород; вертикальный Кф изменяется в

диапазоне от 0,01 до 0,0001 _м/сут_

3-й модельный слой-трещинно-карстовый водоносный комплекс вулканогенных и карбонатных пород палеозоя

(напорно-безнапорный)

Интерпретация данных опытно-фильтрационных работ, опыта эксплуатации

Экспоненциальный характер пространственного изменения

водопроводимости в зависимости от расстояния от реки, хорошая корреляция закономерности изменения абсолютных отметок и водопроводимости; проводимость изменяется по нормальному закону со статистическими хара!сгеристиками, определенными для абсолютных отметок

Для уточнения емкостных параметров модели, отображения развития процесса подтопления, уточнения параметров техногенных водоемов «а третьем этапе необходимо решить серию обратных задач в нестационарной постановке. Наиболее представительным является период, который характеризуется увеличением объемов воды, циркулирующей в системе карьеры-отвалы. Он связан, как правило, с запуском в эксплуатацию шламоотстойника и перетоком из него сначала в палеозойский водоносный горизонт и затем в техногенный водоносный горизонт отвалов.

Рис. 2. Схема решения геофильтрационной задачи (курсивом выделены "опорные периоды и инженерные мероприятия для объекта исследований, римскими основные этапы решения задачи)

Условные обозначения

Зоны водоносного комплекса с различной проводимостью, м2/сут

□ 100-600 □ 30-100 I <30

Затопленная чааь карьера Объединенный и Шлам о отстойный пруд

-Область разгружи иодотвальнычиод -граница повсриюстшго водосбора

Основные направления дшшмшя волы системе карьеры-отвалы'водоносный комплекс

Рис. 3. Геофильтрационная схема Межозерного рудника Масштаб 1: 50 000

Г-Ъ^г*----

Г--.Р-Г-, о-..¿-Л

^ Л . • л — • * —. — , V V

ЭДГ^Л ¿Л V

«/V Ку^ V ^ ^ Ш'у у.(

иШн^кпйыиЬ к/. . ,

\ V ^ V - . \ /

V у у

у у ^г

- и

V у

370-360

за

340-

' -О]

„ 'ГЛ ■ Г ч

' ч^к 4 V v

Пстрмкш смажо™». Гели.

ит^нсря^пш уяуп7бОЕб1 в

к риретщриепм рвуаш

{о7^ Эя^пюп я всуазц (яибм I*". о сб'.сицвуеовквуи)

Г/яж^вясто [г^Гг^! ГваепДжрп

ЕШ

отаано^кише

023 Ш

Урэш ваззота тх

• грсДООЮ-мрсПОМ «ожиомэм гсждоля

12В

Рис. 4. Схематические гидрогеологические разрезы Масштаб 1:50 000

пбоитми

Сложность решения задач в нестационарной постановке вызвана необходимостью определения уровня воды в техногенных водоемах и балансовых составляющих их взаимодействия с палеозойским водоносным горизонтом и техногенным водоносным горизонтом отвалов.

Наиболее простая одномерная фильтрационная модель, описывающая нестационарное взаимодействие техногенного водоема и водоносного горизонта, следующая.

Начиная с момента времени t0 в водоносный горизонт длиной L поступает вода из техногенного водоема. Внешние граничные условия: известно (по результатам решения задачи в стационарной постановке) начальное распределение напоров подземных вод в водоносном горизонте. Водоем находится на расстоянии х/ от левой границы, длина резервуара - /. Водоем отделен от водоносного горизонта слабопроницаемым слоем, коэффициент перетока которого^. Тогда уравнение нестационарной фильтрации в пласте, учитывающее обмен с техногенным водоемом, имеет следующий вид (Шестаков, Поздняков, 2003)

дН_ = д^Н 0<х<х <х<1 (3.1)

dtdx2

М^ = Т^ + Х(Нь-Н),х,<х<х2 (3.2)

at дх

где ц - упругая емкость водоносного горизонта, Т- проводимость, Я - напор.

Изменение уровня воды в водоеме при поступлении в него расхода Q описывается следующим уравнением

dH П г xi

~ = J~J )Wb -H)dx, l=x2-x, (3.3)

где Нь - уровень воды в резервуаре, Q - расход воды, поступающей в водоем.

Математическое описание течения в водоносном пласте уравнениями (3.1), (3.2) с учетом перетекания жидкости из водоема посредством интегро-дифференциального уравнения (3.3) не позволяет осуществить моделирование во многих широко распространенных системах моделирования геофилы-рации (например, в модели US GS ModFlow), аналитическое решение задачи также затруднительно (глава 1). Автором разработана программа для численного моделирования подобных процессов -решение системы уравнений (3.1)-(3.3) методом прогонки в системе Mathematica (Wolfram Research). Результаты решения задачи заполнения водоема с учетом взаимодействия с водоносным горизонтом полученные по модели (3.1), (3.2), (3.3), можно использовать для упрощения уравнения (3.3) так, чтобы полученная математическая модель позволяла использовать пакеты моделирования геофильтрации. Показано, что для моделирования процесса нестационарного взаимодействия техногенного водоема и водоносного горизонта в модели US GS ModFlow допустима схематизация, когда водоем представляется не граничным условием третьего рода, а как отельный модельный пласт или участок модельного пласта со специально заданными фильтрационными и емкостными параметрами.

Установлено, что наилучшее начальное распределение параметров при такой схематизации следующее:

1) 1равитационная (или упругая, в зависимости от схематизации) емкость водоемов близка к единичной;

•2) вертикальный коэффициент.фильтрации области, представляющей водоем, оценивается диапазоном значений -102-104 м/сут.

Доказательство непротиворечивости такого метода проведено путем решения серии тестовых задач в различных системах - с применением вышеописанной схематизации в модели Ш 08 МосйЧоду и численным моделированием с помощью авторской программы. При тестовом моделировании использовались геофильтрационные параметры, соответствующие фильтрационным и емкостным параметрам области гидродинамического взаимодействия Шламоотстойного пруда и водоносного горизонта на объекте исследований.

После заполнения техногенного водоема, в случае превышения критической отметки воды в нем, возможен переток из водоема в отвалы и увеличение расхода разгрузки подтотвальных вод (типичное расположение шламоостойников - в непосредственной близости от отвалов пустых пород). Для воспроизведения методами моделирования такого процесса (вертикального перетекания в палеозойский водоносный горизонт и горизонтального в техногенный водоносный горизонт отвалов) к вышеописанной схематизации в модели Ш вБ МосШ1о\у добавляется граничное условие третьего рода. Фильтрационное сопротивление бортов водоема при этом определяется по расчетным зависимостям.

, На четвертом и пятом этапе решения задачи в зависимости от проектных мер определяются временные интервалы прогнозного моделирования. Как правило, разработка водоохранных мероприятий начинается уже после окончания отработки месторождений, их мокрой консервации и накопления критического объема шахтных и подотвальных кислых вод. В таком случае необходимо как обоснование экстренных мер по снижению экологической напряженности на опасных объектах (затопленных карьерах,.шламоотстойниках, отвалах), так и выбор наиболее эффективного метода борьбы с.неблагополучной ситуацией во всей области гидродинамического влияния ликвидируемых месторождений (долгосрочный прогноз). В связи с невозможностью формализации такой задачи без существенного упрощения математической модели автором рекомендуется решать такие задачи как задачи вариантной оптимизации, рассматривая в качестве вариантов набор различных водоохранных мероприятий.

Изложенная выше методика геофильтрационного моделирования была опробована на объекте исследований для выделенных при решении обратных задач опорных периодов (рис. 2). В результате воспроизведена современная гидродинамическая обстановка, оценены балансовые составляющие, формирующие потоки подземных вод, перетекания, разгрузку подотвальных вод и приводящие к подтоплению прилегающих территорий.

Анализ результатов долгосрочного вариантного моделирования показал, что для уменьшения расхода разгрузки подоотвальных вод и предотвращения развития процесса подтопления необходимо понизить уровень воды в затопленном карьере Объединенный и отводить ее после очистки на новой станции нейтрализации в поверхностные водотоки за пределы водосборной площади. При этом разгрузка

подотвальных вод снизится почти на порядок - до 1,5 тыс. м3/сут.

В качестве экстренного варианта наиболее эффективным является поддержание уровня воды в Шламоотстойном пруду на отметках не более 517 м. При этом освободившиеся мощности существующей станции нейтрализации должны быть использованы для очистки воды, откачиваемой из карьера Объединенный (в количестве 7,5 тыс.м3/сут). В этом случае расход подотвальных вод не превысит 3 тыс. м3/сут, а уровень воды в карьере Объединенный через 5 лет снизится на 5-10м. При этом сохранится переток из Шламоотстойного пруда в карьер Объединенный (порядка 3 ООО м3/сут), практически не изменятся высокие эксплуатационные расходы, процесс подтопления прилегающих к карьеру территорий продолжится.

В четвертой главе рассматривается методика решения задач оптимизации и управления работой вертикального дренажа при борьбе с подтоплением территорий в области влияния ликвидируемых горнорудных месторождений.

В общем виде постановка задачи оптимизации дренажных мероприятий при борьбе с подтоплением следующая.

Рассматривается оптимизационная задача понижения уровня грунтовых вод с помощью вертикального скважинного дренажа в плановом напорном (безнапорном) фильтрационном потоке.

Размеры плоской области моделирования - С. В области подтопления выполняется условие

0Р (х, у, 0 = {(*, у) | (х, у) е О п {2{х, у)-Н(х,у,0<Ь,, (4.1)

где Щх,у,{) - уровень воды над поверхностью сравнения, допустимое расстояние до поверхности земли, г=2(х,у), (х,у) ей - уравнение рельефа местности.

Потери от подтопления земель за единицу времени в исходном состоянии составляют

R„(0) = cpFo,, (4.2)

где ср - ущерб от подтопления 1га территории, F0 - площадь подтопления. При откачке группы из N дренажных скважин с расходом каждая

0<q,(t)<q,m„, (4.3)

в течение времени (0,t) происходит уменьшение площади зоны подтопления. Время откачки из скважины ограничено и определяется отпущенными средствами или отведенными сроками

(4-4)

Предельные дебиты qlmai назначаются в зависимости от водопроводимости пласта, конструкции скважины и технических характеристик насоса.

В течение времени работы дренажа понижение уровней подземных вод S, р

любой скважине не должны превышать предельно допустимого значения Simax

S,<!)£$,„,1=й7. (4.5)

Для определения зоны подтопления решается задача, описываемая уравнением напорной (или • безнапорной) фильтрации с соответствующими граничными условиями, определения уровня подземных вод в выбранной области при заданном режиме откачки в каждой из скважин с расходом qß) в условиях имеющегося инфильтрационного питания. После чего по, условию (4.1) находится область подтопления, а затем ее площадь FfaQ) в момент времени to, где Q вектор, равный

Q(t)=(qi (t),q2 (t).....Чи (0), '>О

Затраты на откачку, транспортировку и очистку воды за промежуток времени (0,t) составят

Ro(t,Q)=]tc,qidt> (4.6)

. . о М

где О;« затраты.на откачку, транспортировку и очистку 1м3 воды.

Доход от возвращения подтопленных земель за время • to определяется следующим образом

P(to„Q)=cv(Fo-F(to,Q)) (4.7)

Критерий эффективности формулируется следующим образом min 7= min/lf^c^dt-c, (F0-F(t0,Q))h (4.8)

о 1=1

■1 i«.ч ' .г . ■ ( *ч.

при этом требуется выполнение всех ограничений (4.3 - 4.5).

Для определения изменения области подтопления при работе дренажа решается задача определения уровня подземных вод в выбранной области при вариации параметров времени и расхода откачки. Затем по полученным зависимостям и определенным экономическим параметрам ищется оптимальное значение критерия экономической эффективности.

Поскольку решение задачи используется обычно для предварительных оценок, а также в сязи с техническими сложностями реализации подобного алгоритма в системах численного моделирования геофильтрации автор рекомендует на данном этапе использовать известные аналитические решения уравнения нестационарной . фильтрации для,типовых расчетных схем (неограниченный пласт, пласт полоса и т.д.) с различными граничными условиями.

Цель решения оптимизационной задачи - это выбор экономически оптимального дебита откачки, позволяющего за минимальное время с максимальной эффективностью (прибылью) осушить необходимую площадь при выполнении соответствующих ограничений. После ее решения необходимо решить задачу управления режимом подземных вод.

Задача управления режимом подземных вод формулируется следующим

образом.

1) Задается диапазон допустимого положения уровня подземных вод в каждой и ^ i наблюдательных скважин

(4.9)

2) После достижения необходимой площади осушения суммарный расхол откачки <2суМ уменьшается на AQ¡ и решается прогнозная задача определения глубины залегания уровня подземных вод в наблюдательных скважинах. Из решения прогнозной задачи определяется промежуток времени [t¡, t¿), за который понижение в /-ой наблюдательной скважине достигнет наибольшего допустимого значения Smax. Как только, при расходе откачки Qmr^Qh уровень понижения в наблюдательной скважине достигнет Smax, расход откачки уменьшается на величину ¿Q2 и решается следующая прогнозная задача определения временного промежутка [tj, t¡). И так далее Д( окончания срока эксплуатации дренажной системы t¡.

Предложенный алгоритм представляет собой решение прогнозной задачи ь системе с «релейным» управлением, то есть системе, где управляющие воздействия осуществляются при выполнении некоторого условия (Полубаринова-Кочина, 1977) Выполнение такого условия может быть результатом различных реализаций, поэтом} оптимальный режим выбирается из некоторого количества прогнозных вариантов. Это связано с невозможностью явно аналитически выразить функцию управления для предложенной постановки задачи из-за сложности математического описания системы в общем виде (когда функция управления должна быть получена из решения уравнения в частных производных) или, например, «инерционности» функции понижения при использовании частного аналитического решения Тейса, когда решение на временном интервале [tk tk.¡) зависит от предыдущих решений на интервалах [t,.L t¡) для V/ = 0, /с (Шестаков, 1995).

В связи с серьезными техногенными изменениями гидродинамического режима подземных и поверхностных вод на объекте исследования, автором была разработана методика оптимизации дренажных мероприятий как для селитебных зон (поселка Межозерный), так и, для сельскохозяйственных земель. При этом предложены функции стоимости и ограничения для различного типа использования земель.

Решение задач проводилось с использованием разработанных автором программ, реализованных в среде компьютерной алгебры Mathematica (Wolfram Research). Определение гидродинамических составляющих проводилось с помощью метода фиктивных скважин для различных фильтрационных схем (Шестаков, 1995). Для корректного выполнения граничных условий задачи (воспроизведения замкнутой гидрогеологической структуры, с использованием принципа геометрического подобия), потребовалось использовать модель с 16 фиктивными скважинами.

Проведенные расчеты показали, что при ликвидации подтопления сельскохозяйственных угодий оптимальный дренажный эффект достигается за 120 суч при расходе откачки из двух скважин 1 200 м3/сут, а ожидаемая прибыль составляет 450 тыс. руб.

Из решения задачи управления установлено, что дальнейший дебит работь, дренажной системы может быть снижен до 350 м3/сут, окончательное значение

среднегодовой прибыли тогда будет равно 340 тыс. руб. (оценивалась ежегодная прибыль от реализации ожидаемого урожая)

Для оптимального режима осушения населенного пункта Межозерный дебит откачки должен составлять из двух скважин 1 500 м3/сут в течение двух месяцев. В дальнейшем дебит работы дренажных сооружений может быть уменьшен до 750 м3/сут при этом ожидаемое значение предотвращенного ущерба составит на пятый год прогноза порядка 1 500 тыс. руб.(в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке риска и ущерба при подтоплении территорий», 2001). '

Приведенные примеры демонстрируют эффективность предложенных методов обоснования дренажных мероприятий при борьбе с подтоплением. Решение задач оптимизации и управления работой вертикального ' дренажа, основанное "на определении экономической целесообразности, позволяет реализовывать водоохранные мероприятия с соблюдением экологических требований при минимальных расходах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

j > ■

- Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1) Район исследований может рассматриваться как типичный объект при разработке методов обоснования водоохранных мероприятий в области влияния ликвидированных горнодобывающих предприятий. Актуальность разработки экстренных водоохранных мероприятий диктуется необходимостью уменьшения расхода разгрузки кислых подоотвальных вод, предотвращения развития процесса подтопления территорий прилегающих к -источникам техногенного воздействия (затопленным карьерам и отвалам).

' 2) Разработка комплекса водоохранных мероприятий, направленных на снижение негативного вляиния ликвидируемых горнодобывающих предприятий основывается на применении предложенной автором комплексной методики оптимизации и управления водоохранными мероприятиями. Методика включает:

- прогноз изменения гидродинамической ситуации на объектах - источниках Неблагоприятной обстановки (техногенных водоемах и техногенных водоносных горизонтах отвалов) при различных инженерных мероприятиях;

- обоснование мероприятий по ликвидации и предотвращению опасных процессов, вызванных воздействием затопленных карьеров и отвалов, (подтопления сельхозугодий и селитебных территорий);

- оценку экономической эффективности водоохранных мероприятий.--

'3) Для достоверного прогноза изменения гидродинамической ситуации в области "влияния ликвидируемых горнодобывающих предприятий необходима реконструкция всей гидродинамической истории разработки ими месторождений полезных ископаемых по опорным временным периодам режима подземньк вод. При этом в качестве опорных стационарных рассматриваются периоды: стабилизации дебита карьерного дренажа, стабилизации уровня воды в техногенных водоемах, стабилизации расхода разгрузки подоотвальных вод, в качестве нестационарных периоды, характеризующиеся увеличением объемов воды в системе техногенный

водоносный горизонт - затопленные карьеры.

4) При модельном воспроизведении нестационарного заполнения техногенных водоемов возникает методическая проблема, связанная с отсутствием во многи-, численных моделях геофильтрации (например, Ш вБ МЫР1о\у) корректной математической схематизации процесса. В таком случае моделирование нестационарного функционирования техногенного водоема осуществляется I помощью замены водоема участком водоносного горизонта со специально заданными фильтрационными параметрами. Доказана непротиворечивость такого подхода путем решения серии тестовых задач в различных системах - с применением вышеописанной схематизации в модели Ш вБ Мо<1Р1оуу и численным моделированием с помощью авторской программы.

5) Решением вариантных прогнозных задач с помощью численного моделирования показано, что оптимальным вариантом снижения экологической опасности, связанной с ростом объема разгрузки подоотвальных вод на объекте исследования, является строительство нового шламоотстойного пруда и новой станции нейтрализации за пределами водосборной площади реки Узельга. При этом до окончания строительства отметка воды в Шламоостойный пруду не должна превышать 517 м. В период строительства свободные мощности станции нейтрализации должны использоваться для очистки и последующего сброса за пределы водосборной площади воды из карьера Объдиненный. Реализация предложенных мероприятий позволит значительно снизить расход разгрузки подоотвальных вод до 1 ООО - 1 500 м3/сут.

6) Решение задач оптимизации и управления работой вертикального дренажа должно базироваться на применении эколого-экономического критерия .эффективности, при ограничениях, учитывающих, в зависимости от типа решаемых задач, режим уровня грунтовых вод, необходимую площадь осушенной территории, допустимое понижение уровня подземных вод.

7) Применение предложенной системы управления глубиной залегания уровня подземных вод позволяет обосновать режим работы дренажных сооружений после достижения необходимого эффекта. Методы прогнозирования работы системы управления обеспечивают возможность учета изменения водохозяйственной ситуации и поддержания уровня подземных вод на необходимой глубине залегания для территорий различного типа использования с минимизацией расходов на ее содержание,

Задачи дальнейших исследований:

1) Разработка математического аппарата и приемов схематизации, позволяющих решать задачи управления режимом техногенных водоемов с применением методов математического программирования,

2) Адаптация разработанного алгоритма оптимизации и управления работой вертикального дренажа при борьбе с подтоплением для использования в системах численного моделирования геофильтрации.

Список опубликованных по теме диссертации работ

1) Проблема опустынивания земель в районах разработ] Тезисы докл. Международной научной конференции «Экологические проблемы" мелиорации». Москва, 27-28 марта 2002 г.,- М: Изд. УПК «Федоровец», 2002, с. 9394.

2) Оптимизация работы вертикального дренажа/ЛГезисы докл. Международной научной конференции «Экологические проблемы мелиорации». Москва, 27-28 марта 2002 г.,- М: Изд. УПК «Федоровец», 2002, с. 318-320.

3) Обоснование водоохранных мероприятий в области гидродинамического влияния Узельгинского рудника//Сергеевские чтения. Выпуск 4//Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (Москва, 21-22 марта 2002) М.: ГЕОС, 2002. (соавторы: А.Л. Фельдман, Л.С. Рыбникова, А.И. Вишняк), с. 412-416.

4) Оптимизация режима эксплуатации техногенных водоемов: идентификация геофильтрационных параметров и решение задач управления//Тезисы докл. пятого международного конгресса «Вода: экология и технология»/ «Экватэк-2002» (Москва 4-7 июня 2002).-М.: «Фирма СИБИКО Интренэшнл», 2002, с. 216-217.

5) Оптимальное управление работой вертикального дренажа при борьбе с подтоплением// Тезисы докл. международной научно-практической конференции «Техногенная трансформация геологической среды» (Екатеринбург 17-19 декабря 2002), Екатеринбург 2002, УТТТА, с. 103-104.

6) Оптимизационное моделирование работы вертикального дренажа//Научные труды национального технического университета. Серия: Информатика, кибернетика и вычислительная техника (ИКВТ-2002) выпуск 39: Донецк: ДонНТУ, 2002, с. 65-70.

2007-4

Объем (,0 п.л. Тираж /00 экз.

Подписано в печать 16.04.04,

Редакционно-издательский отдел МГГРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Рыбников, Петр Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Общая характеристика техногенного воздействия горнодобывающих предприятий урала на окружающую среду, характеристика природных условий изучаемого района.

1.1. Особенности техногенного воздействия горнодобывающих предприятий на геологическую среду Уральского региона.

1.2. Общие сведения о районе исследований.

1.3. Климат и гидрометеорологическая характеристика.

1.4. Геологические условия.

1.4.1. Стратиграфия и литология.

1.4.2. Тектоника и трещиноватость горных пород.

1.5. Гидрогеологические условия.

1.6. Изменение гидродинамической и гидрохимической обстановки под влиянием горнодобывающей деятельности.

1.6.1. Анализ изменения гидродинамической обстановки.

1.6.2. Анализ изменения гидрохимической обстановки.

Выводы по разделу.

Глава 2. Методы решения природоохранных задач в районах ликвидируемых горнорудных предприятий и анализ состояния вопроса.

2.1. Основные понятия и необходимые сведения из теории оптимального управления, системного анализа, математического программирования и теории исследования операций.

2.2. Анализ решения задач природоохранной оптимизации и эффективного управления природными ресурсами.

2.3. Анализ методов решения задач оптимизации и управления в гидрогеологических исследованиях.

2.4. Анализ постановок задач оценки риска развития опасных процессов как задач оптимизации.-.

2.5. Общие положения постановки природоохранных задач в районах ликвидируемых горнодобывающих предприятий.

2.6. Методы решения гидродинамических задач в области влияния технических и техногенных водоемов.

Выводы по разделу.

Глава 3. Анализ и прогноз гидродинамической обстановки, методика и результаты геофильтрационного моделирования.

3.1. Методика решения задач геофильтрации в области влияния ликвидируемого горонорудного месторождения.

3.2. Схематизация гидрогеологических условий объекта исследований.

3.2.1. Внешние границы модели.

3.2.2. Стратификация модели.

3.2.3. Внутренние граничные условия.

3.2.4. Фильтрационные параметры.

3.3. Уточнение гидрогеологических условий путем решения задач в стационарной постановке (эпигнозное моделирование в стационарной постановке').

3.4. Уточнение гидрогеологических условий путем решения обратных задач в нестационарной постановке (эпигнозное моделировние в нестационарной постановке)

3.4.1. Решение тестовых задач численного моделирования нестационарного функционирования техногенных водоемов.

3.4.2. Решение эпигнозных задач в нестационарной постановке на объекте исследования.

3.5. Решение прогнозных задач.ПО

Выводы по разделу.

Глава 4. Методика решения задач оптимизации и управления работой вертикального дренажа при борьбе с подтоплением территорий.

4.1. Постановка задачи оптимизации работы вертикального дренажа.

4.1.2. Постановка задачи оптимизации работы вертикального дренажа на объекте исследования.

4.2. Методика решения оптимизационной задачи при борьбе с подтоплением сельскохозяйственных земель.

4.2.2. Методика решения задачи управления дебитом откачки при поддержании уровня подземных вод на необходимой глубине залегания при решении мелиоративных задач.

4.3. Методика решения оптимизационной задачи осушения населенного пункта.

4.3.1. Методика решения оптимизационной задачи осушения населенного пункта группой скважин, расположенных произвольно внутри области.

4.3.2. Методика решения задачи управления дебитом откачки для населенного пункта

Выводы по разделу.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методы гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых горнодобывающих предприятий"

Цель работы. Разработка методов гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в области влияния ликвидируемых горнодобывающих предприятий. Решение задач краткосрочной эколого-экономической оптимизации водоохранных мероприятий. Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

3. Для обоснования инженерных мероприятий и прогноза изменения гидрогеоэкологической ситуации построены и верифицированы математические модели: а) области гидродинамического влияния типичного ликвидируемого горнодобывающего предприятия; б) оптимизации работы вертикального дренажа и оперативного управления режимом подземных вод при борьбе с подтоплением территорий в зоне влияния ликвидируемых горнорудных предприятий с учетом экологических критериев и ограничений.

4. Разработана методика оценки эколого-экономической эффективности водоохранных мероприятий при борьбе с подтоплением для ликвидируемых горнодобывающих предприятий Южного Урала.

Защищаемые положения диссертационной работы могут быть сформулированы в следующем виде:

1. Методика обоснования, прогнозирования и оптимизации водоохранной деятельности в области влияния ликвидируемых горнодобывающих предприятий включает: решение методами численного моделирования задач вариантной оптимизации и управления потенциально опасными объектами (техногенные водоемы и водоносные горизонты), решение задачи оперативного управления работой вертикального дренажа.

2. Основным этапом создания геофильтрационной модели ликвидируемого горнорудного предприятия является воспроизведение всей гидродинамической истории освоения месторождения с учетом формирования техногенных водоемов. • изменения инфильтрационного питания и фильтрационных параметров.

3. Влияние техногенных водоемов учитывается как изменяющееся во времени внутреннее граничное условие. Балансовые составляющие взаимодействия водоносного горизонта и водоема определяются путем численного решения системы уравнений в частных производных и интегро-дифференциального уравнения.

4. Эффективная защита от подтопления, латентного загрязнения поверхностных вод. основывается на управлении уровенным режимом техногенных водоемов и работой вертикального дренажа. Для оперативного управления работой вертикального дренажа используется оптимальное решение, основанное на экономическом критерии при эколого-технических ограничениях.

Объектом исследования является область гидродинамического влияния Межозерного рудника (Верхнеуральская рудная зона - Учалинский ГОК, Южный Урал, бассейн реки Урал). Рудник эксплуатировал медно-колчеданные месторождения, которые в 1956-1982 годах отрабатывались карьерами Объединенный, Юго-Восточный и Золоторудный, глубиной 160, 130 и 50 метров, соответственно, под защитой законтурного дренажа. В настоящее время карьер Юго-Восточный засыпан вскрышными породами. Объединенный затоплен водой до дневной поверхности, Золоторудный используется в качестве шламоотстойного пруда. Нижние этажи месторождения в настоящий момент отрабатываются шахтой. В области, примыкающей к карьерам, отсыпаны отвалы пустых пород площадью 2,2 км2, средней высотой 25 м. Здесь сформировался техногенный водоносный горизонт, ресурсы которого формировались за счет поглощения атмосферных осадков, а начиная с 1995 года, после достижения критических отметок в затопленных карьерах, за счет перетекания из них. В результате радикально изменилась гидродинамическая обстановка, произошло подтопление прилегающих территорий, на порядок увеличился расход кислых подотвальных вод. В районе сложилась ситуация, которая может привести к техногенной катастрофе.

Практическая значимость. Построена представительная геофильтрационная модель объекта исследований, позволившая воспроизвести историю освоения месторождения и обосновать комплекс экстренных мер, направленных на снижение объема кислых вод. циркулирующих в затопленном карьере, шламоотстойнике и техногенном водоносном горизонте отвалов. Оценена краткосрочная эколого-экономическая эффективность работы вертикального дренажа при борьбе с подтоплением, предложен оптимальный режим управления дренажными системами. Разработана рациональная схема водоохранных действий в области влияния потенциально опасных объектов.

Разработанные методы могут быть распространены на объекты-аналоги Уральского региона. Применение предложенного подхода позволяет: повысить достоверность прогноза изменения ситуации в области гидродинамического влияния горнодобывающих предприятий после завершения отработки; разработать комплекс экономически эффективных водоохранных мероприятий для селитебных и сельскохозяйственных территорий; обосновать стратегию предотвращения техногенных аварий; выбрать оптимальную схему водоохранной деятельности для территорий, в пределах которых необходимо проведение осушительных мероприятий при многофакторном антропогенном воздействии.

Реализация результатов. Обоснованные в работе рекомендации по водоохранным мероприятиям, принципы оптимизации работы дренажных систем были учтены при разработке проекта институтом УНИПРОМЕДЬ и к настоящему времени частично реализованы Учалинским ГОКом.

Апробация работы. Основные положения работы освещены в 6 печатных работах. Результаты исследований докладывались на Годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения» (Москва, 2002); пятом международном конгрессе «Вода: экология и технология» - «Экватэк-2002» (Москва, 2002); международной научной конференции «Экологические проблемы мелиорации» (Москва, 2002).

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Рыбников, Петр Андреевич

Выводы по разделу

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1) Предложенная методика решения задач экспертной экономической оптимизации и оперативного оптимального управления работой вертикального дренажа при осушении селитебных и сельскохозяйственных территорий является универсальным средством оценки экономической эффективности водоохранных мероприятий, как на стадии проектирования, так и при внесении изменений в режим работы уже существующих дренажных сооружений.

2) Использование известных аналитических решений уравнения фильтрации как основы для построения математических моделей при решении задач оптимизации и оптимального управления работой вертикального дренажа является обоснованным на данном этапе исследований по следующим причинам.

Во-первых, при использовании современных математических пакетов (таких как система компьютерной алгебры МаШетаПса,) процедура решения задачи геофильтрации для конкретной схематизации предельно упрощается, требуя минимума данных и времени.

Во-вторых, при использовании рассмотренных математических моделей существует возможность определения чувствительности модели и проверки соблюдения граничных условий.

В-третьих, при использовании данного вида математических моделей, возможно явное решение оптимизационных задач, в то время как решение оптимизационных задач для процесса, описываемого уравнениями в частных производных с неявной целевой функцией, является достаточно сложной процедурой.

3) Предложенные нами критерии эффективности при решении задач оптимизации и б урсеень м

Рис. 4.33. Графики понижения уровня в наблюдательной скважине для управляемого режима и неуправляемых оптимальных режимов для минимально и максимально возможного времени откачки

5 УрДХНа М

Рис. 4.34. Графики понижения уровня в наблюдательной скважине Бп2 для управляемого режима и неуправляемых оптимальных режимов для минимально и максимально возможного времени откачки управления работой вертикального дренажа, основанные на определении экономической целесообразности, позволяют реализовывать природоохранные мероприятия с соблюдением экологических требований при минимальных расходах. В работе рассмотрено решение задач с достаточно сложной конфигурацией начальных и граничных условий, учитывающих инфильтрационное питание, наклон пласта и т.д. Следовательно, алгоритмы решения задач оптимизации и управления являются достаточно универсальными для решения подобного типа задач при использовании в менее сложных гидрогеологических условиях.

4) Ограничивающим фактором применения авторских разработок является существенное упрощение при схематизации природных условий, связанных с необходимостью использования аналитических решений уравнения фильтрации (предположение о постоянстве по площади фильтрационных и емкостных характеристик, упрощение структуры потока).

5) Реализация предложенной методики на объекте исследования позволит: а) В кратчайшие сроки с максимальной экономической эффективностью ликвидировать опасную ситуацию с подтоплением населенного пункта на основе результатов решения оптимизационной задачи для селитебных территорий

6) Поддерживать УГВ на необходимой отметке при минимуме расходов на протяжении определенного срока эксплуатации с помощью разработанной системы оперативного оптимального управления. в) Ликвидировать опасное состояние (в течение года, до начала вегетационного периода), связанное с высокой вероятностью развития засоления земель из-за положения УГВ, и, следовательно, увеличить урожайность рассматриваемой территории на рассматриваемый промежуток времени на основе решения оптимизационной задачи для земель сельскохозяйственного назначения при использовании модифицированного критерия эффективности (изменении параметров, определяющих доход - доходная часть строго ограничена по времени и зависит от выращиваемой культуры). г) С использованием системы оптимального управления положением уровня подземных вод получить максимальную ежегодную прибыль от использования земель, поддерживать территорию в максимально экономически целесообразном защищенном от подтопления состоянии в течение необходимого времени, для сельскохозяйственных угодий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1) Район исследований может рассматриваться как типичный объект при разработке методов обоснования водоохранных мероприятий в области влияния ликвидированных горнодобывающих предприятий. Актуальность разработки экстренных водоохранных мероприятий диктуется необходимостью уменьшения расхода разгрузки кислых подоотвальных вод, предотвращения развития процесса подтопления территорий прилегающих к источникам техногенного воздействия (затопленным карьерам и отвалам).

2) Разработка комплекса водоохранных мероприятий, направленных на снижение негативного вляиния ликвидируемых горнодобывающих предприятий основывается на применении предложенной автором комплексной методики оптимизации и управления водоохранными мероприятиями. Методика включает: прогноз изменения гидродинамической ситуации на объектах - источниках неблагоприятной обстановки (техногенных водоемах и техногенных водоносных горизонтах отвалов) при различных инженерных мероприятиях; обоснование мероприятий по ликвидации и предотвращению опасных процессов, вызванных воздействием затопленных карьеров и отвалов (подтопления сельхозугодий и селитебных территорий); оценку экономической эффективности водоохранных мероприятий.

3) Для достоверного прогноза изменения гидродинамической ситуации в области влияния ликвидируемых горнодобывающих предприятий необходима реконструкция всей гидродинамической истории разработки ими месторождений полезных ископаемых по опорным временным периодам режима подземных вод. При этом в качестве опорных стационарных рассматриваются периоды: стабилизации дебита карьерного дренажа, стабилизации уровня воды в техногенных водоемах, стабилизации расхода разгрузки подоотвальных вод, в качестве нестационарных периоды, характеризующиеся увеличением объемов воды в системе техногенный водоносный горизонт - затопленные карьеры.

4) При модельном воспроизведении нестационарного заполнения техногенных водоемов возникает методическая проблема, связанная с отсутствием во многих численных моделях геофильтрации (например, Ш вБ Мос1Р1о\у) корректной математической схематизации процесса. В таком случае моделирование нестационарного функционирования техногенного водоема осуществляется с помощью замены водоема участком водоносного горизонта со специально заданными фильтрационными параметрами. Доказана непротиворечивость такого подхода путем решения серии тестовых задач в различных системах - с применением вышеописанной схематизации в модели 118 вБ Мос1Ио\у и численным моделированием с помощью авторской программы.

6) Решение задач оптимизации и управления работой вертикального дренажа должно базироваться на применении эколого-экономического критерия эффективности, при ограничениях, учитывающих, в зависимости от типа решаемых задач, режим уровня грунтовых вод, необходимую площадь осушенной территории, допустимое понижение уровня подземных вод.

Задачи дальнейших исследований:

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Рыбников, Петр Андреевич, Москва

1. Аверьянов С.Ф. Фильтрация из каналов и ее влияние на режим фунтовых вод. М.: Колос, 1982.

2. Брага П.А. Свободная фильтрация из водоемов с учетом кольматации грунта. В сб. «Научные исследования в области инженерной гидрогеологии». Труды института «ВОДГЕО», вып. 74. М., 1978.

3. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала. М.: Наука, 1964.

4. Булатов Р.В. Стратегия охраны подземных вод (на примере Урала) / Под науч. ред. A.M. Черняева; ФГУП РосНИИВХ. Екатеринбург: Изд-во РосНИИВХ, 2000.

5. Владимиров Ю.И. Прогнозная оценка эксплуатационных ресурсов подземных вод по графикам сокращения речного стока. Разведка и охрана недр, 1985, №8, с. 47-51.

6. Владимиров Ю.И. Изменение стока малых рек при отборе подземных вод в горноскладчатой части Урала. Сборник работ по гидрологии. Гидрометеоиздат, 1987, №18 с. 17-44.

7. Владимиров Ю.И. Оценка и прогноз изменения речного стока под влиянием эксплуатации подземных вод в малых бассейнах горно-складчатой части Урала. Доклады секции русловых процессов Научного совета ГКНТ, 1991. Вып.2, с. 53-60.

8. Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии. М.: Изд-во МГУ, 1991.

9. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. М.: Недра, 1988

10. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии. М.: Недра, 1980.

11. Гавич И.К., Лучшева A.A., Семенова-Ерофеева С.М. Сборник задач по общей гидрогеологии. М,: Недра, 1985.

12. Гриневский С.О. Особенности расчетов водозабора вблизи акватории сточного озера. Часть 1. Балансово-гидродинамическая модель. В сб. «Проблемы гидрогеологии XXI века: наука и образование». - М.: Изд-во РУДН, 2003.

13. Гриневский С.О., Штенгелов P.C. О прогнозировании влияния водозаборов на подземных вод на сток малых рек//Водные ресурсы, 1988. №4, с.24-32.

14. Гидрогеология СССР. Том XIV. Урал. Уральское территориальное геологическое управление. Редактор В.Ф. Прейс. М., Недра, 1972.

15. Гидрогеология СССР. Том XV. Башкирская АССР. М., Недра, 1972.

16. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды и влиянии факторов среды обитания на здоровье населения Свердловской области в 1998 году, УРЦ «Аэрокосмоэкология», 1999.

17. Григорина Г.Д. Методика геофильтрационных ранетов при разведке месторождений межпластовых подземных вод в речных долинах. Автореф. диссертации на соиск. уч. степени канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 1988.

18. Григорьев В.И., Наумов В.Г. Оптимизации распределения водных ресурсов в маловодные годы//Проблемы изучения, охраны и рационального использования водных ресурсов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, М, 1983, с.32-34

19. Демин А.П. Влияние природных и экономических факторов на эффективность орошаемого земледелия (на примере Ферганской долины)//Водные ресурсы, 1995, том 22, №5, с. 619-627.

20. Дзекцер Е.С. Геологический риск и неопределенность при принятии управляющих решений в городе //Анализ и оценка природных рисков в строительстве. М.:ПНИИС, 1995.

21. Дьяконов В,П. Mathematica 4: учебный курс. СПб: Питер, 2001.

22. Дьяконов В.П. Системы символьной математики Mathematica 2 и Mathematica 3. М.: СК Пресс/PC Week, 1998.

23. Дьяконов В.П. Mathematica 3/4 с пакетами расширений. М.: Нолидж, 2000.

24. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. Свердловск: Издательство Уральского университета, 1991.

25. Емлин Э.Ф. О геотехносфере Урала.//Известия ВУЗов №6, с 135-137., 1993

26. Ермольев Ю.М., Ляшко И.И., Михалевич B.C., Тюптя В.И. Математические методы исследования операций. Киев: Вища Школа, 1979.

27. Зекцер И.С. Подземные воды как элемент окружающей среды. М.: Научный мир, 2001.

28. Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Осламенко В.В., Рудницкая В.В. Методы консервации техногенных отходов, обеспечивающие эффективную защиту окружающей среды от загрязнения./ЛТроблемы геотехнологии и недроведения. Екатеринбург, 1998: т.2, с. 297301.

29. Капустина Т.В. Компьтерная система Mathematica 3 для пользователей. М.: Солон-Р, 1999.

30. Казакова И.Г., Слинко О.В. Опасность и характер негативных последствий при подтоплении городов//Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1997, №5, с.49-59.

31. Карманов В.Г. Математическое программирование. М.: Наука, 1986.

32. Кац Д.М., Пашковский И.С. Мелиоративная гидрогеология. М.:Агропромиздат, 1988.

33. Кац Д.М., Шестаков В.М. Мелиоративная гидрогеология: Учебное пособие.-м: Изд-во МГУ, 1992.

34. Каякин В.В. Прогноз чрезвычайных ситуаций, связанных с техно-природными процессами и обеспечение безопасности объектов//Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1999, №2, с 101-110.

35. Колесов A.A. Прогнозирование процессов подтопления при строительном освоении территории на основе аналитических расчетов геофильтрации на ЭВМ. Автореф. диссертации на соиск. уч. ст. канд. тех. наук. М.:ПНИИС, 1990.

36. Критерии оценки' экологической обстановки территории для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. М.: Мин-во охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, 1992.

37. Куделин Б.И. Принципы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод. М. Изд-во МГУ, 1960.

38. Кузьмин И.И., Махутов В.А., Хетагуров C.B. Безопасность и риск: эколого-экономические аспекты. СПб.: Изд-во СПб ГУЭФ, 1997.

39. Математические модели в управлении водными ресурсами/ под ред. Пряжинской В.Г. М.: Наука, 1988.

40. Математическое моделирование водохозяйственных систем (экологические и экономические аспекты)/ под ред. Пряжинской В.Г. М.: ИВП РАН, 1992.

41. Медноколчеданные месторождения Урала: Геологические условия размещения/ В.А.Прокин, В.М.Нечухин, П.Ф.Сопко и др. -Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985.

42. Методические рекомендации по оценке риска и ущерба при подтоплении территорий / под ред. Куранова Н.П., Верле C.B., Копейкина JI.H. и др. М.: ФГУП НИИ ВОДГЕО ДАР/ВОДГЕО, 2001.

43. Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения/Под ред. И.К. Гавич. М.: Недра, 1985.

44. Минеральные ресурсы Учалинского горно-обогатительного комбината/Серавкин И.Г., Пирожок П.И., Скуратов В.Н. и др. Уфа: Башк. кн. изд., 1994.

45. Минкин E.JL, Хранович И.Л. Учет взаимодействия поверхностных и подземных вод в математической модели выбора оптимальных параметров водохозяйственных систем//Водные ресурсы. 1996, том 23, №3, с. 376-382.

46. Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румынии В.Г. Горнопромышленная гидрогеология. М.: Недра, 1989.

47. Мироненко В.А. Динамика подземных вод. Учебник для вузов. М.: Недра 1983.

48. Мироненко В.А. Румынии В.Г. Проблемы гидрогеоэколгии монография в 3-х томах. М.: Из-во МГГУ, 1999.

49. Мироненко В.А. Контроль и восстановление качества подземных вод на загрязненных территориях//Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1998, №2, с.3-16.

50. Митрофанов Ю.И. Системный анализ: Учеб. пособие.- Саратов: Изд-во «Научная книга», 2000.

51. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.

52. Норватов Ю.А. Изучение и прогноз техногенного режима подземных вод (при освоении месторождений полезных ископаемых). JL: Недра., 1988.

53. Осипов В.И. Природные катастрофы на рубеже XXI века//Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология., 2001, №4, с.293-309.

54. Основы гидрогеологических расчетов. Ф.М. Бочевер, И.В. Гармонов, A.B. Лебедев, В.М. Шестаков. М., изд-во «Недра», 1969.

55. Оценка влияния атомно-промышленного комплекса на подземные воды и смежные природные объекты (г. Сосновый Бор Ленинградской области)/ Под ред. В.Г. Румынина. СПб.: Изд-во С-Петерб. ун-та, 2003.

56. Оценка запасов подземных вод/ Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С.-К.:Выща школа, 1989

57. Парфенова Н.И., Решеткина Н.М. Экологические принципы регулирования гидрогеохимического режима орошаемых земель. СПб.: Гидрометеоиздат, 1995.

58. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: «Высшая школа», 1975.

59. Плотников Н.И. Рогинец И.И. Гидрогеология рудных месторождений. М.: Недра. 1987.

60. Подземный сток и методы его исследования. Под ред. Б.И. Куделина, H.A. Огильви. М., Наука, 1972.

61. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М.:Наука, 1977.

62. Пособие по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.0284) /ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР.-М.: Стройиздат, 1989.

63. Прогноз и предотвращение подтопления грунтовыми водами территорий при строительстве. Под ред. С.К.Абрамова М., Стройиздат 1978, 176с. (Защита окружающей среды). Авт. С.К. Абрамов, Б.М. Дегтярев, Е.С. Дзекцер и др.

64. Пряжинская В.Г. Математические методы регионального водохозяйственного планирования// Водные ресурсы, 1999, том 26, №6, с 667-675.

65. Рагозин А.Л. Общие положения оценки и управления природным риском//Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1999. №5, с. 417-429.

66. Реймерс Н.Ф. Природопользование. М.: Мысль, 1990.

67. Рикун А.Д. Методы экономического стимулирования в управлении водоохранной деятельности. Водные ресурсы, 1995, том 22, №5, с. 610-618.

68. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С., Оптимальное управление системами. М.: Радио и связь, 1982.

69. Слепцов Б.Г. Некоторые вопросы «Управления риском» в инженерно-геологической практике//Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1997, №3, с 29-40.

70. Слинко О.В. Гидродинамические модели как основа прогноза подтопления городских территорий//Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1998, №2, с 50-58.

71. Табаксблат Л.С. Основы почвоведения и геохимии ландшафта: Курс лекций. -Екатеринбург: УГГГА, 1998.

72. Соколов Д.С. Основные условия развития карста. М., Госгеолтехиздат, 1962.

73. Таха Хэмди, Введение в исследование операций, 6-е издание. М.:Издательский дом «Вильяме», 2001.

74. Фельдман Л.П. Численные методы и математические пакеты. Донецк: ДонГТУ, 2000.

75. Фильтрация из водохранилищ и прудов. Под ред. Н.Н. Веригрна. Авт.: С.В. Васильев, Н.Н. Веригин, Г.А. Разумов, Б.С. Шержуков. «Колос», М., 1975.

76. Цхай А.А., Цхай В.М., Лейтес М.А. Оптимизационная модель водоохранной деятельности предприятия//Водные ресурсы, 1996, том 23, №3, с. 346-350.

77. Харбух Дж., Бонэм-Картер Г. Моделирование на ЭВМ в геологии. М.: МИР, 1974.

78. Черняев А.М., Напримеров В.В. Водные ресурсы Урала//Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 1995, №5, Специальный выпуск. Уральское горное обозрение. Вода Урала, с. 13-49.

79. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика: Учебник.- 3-е изд. -М.: Изд-во МГУ, 1995.

80. Шестаков В.М. Прикладная гидрогеология: Учеб. Пособие. М.: Изд-во МГУ, 2001.

81. Шестаков В.М. Теоретические основы оценки подпора, водопонижения и дренажа. -М.: Изд-во МГУ, 1965.

82. Шестаков В.М., Поздняков С.П. Геогидрология. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2003.

83. Шахраманьян М.А., Акимов В.А. Новые технологии обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях природного характера//Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2001, №4, с. 310-319.

84. Шустова В.Л. Двукритериальная стохастическая задача оптимального управления ресурсами цимлянского водохранилища. //В кн. Проблемы изучения, охраны и рационального использования водных ресурсов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, М.1983, с. 30-32.

85. Уайлд Д. Оптимальное проектирование. М.: Мир, 1981.

86. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния. М.: Мир, 1975.

87. Экологическое обоснование мелиорируемых земель (методическое пособие)/ Под ред. Н.М. Решеткиной. Коллектив авторов Парфенова Н.И. Исаева С.Д. Макарычева Е.А. и др. М.: Экост,2001.

88. Ahlfeld D.P., Hill Е.Н. The sensitivity of remedial strategies to design criteria. Ground Water, 1996, №2, p.p. 341-348.

89. Barlow P.M., Wanger B.J., Belitz K., Pumping strategies for management of a shallow water table: The valué of the simulation-optimization approach.-Ground Water, v.34,№2, 1996, p.p. 318-325.

90. Chiang W.-Hs., Kinzelbach W. Processing MODFLOW. Version 3., Department of Civil Engineering, Kassel University, Germany, 1991, 62 p.

91. Cheng X., Anderson M.P. Numerical simulation of ground-water interaction with lakes allowing for fluctuating lake levels//Ground Water, 1993. v.31, № 6, pp. 929-933.

92. Fenske J.P., Leake S.A., Prudic D.E. Documentation of a computer program (RES1) to simulate leakage from reservoirs using the modular finite-difference ground-water flow model (MODFLOW): U.S. Geological Survey Open-File Report 1996, 96-364, 51 p.

93. Franz T. Gueguer N. FLOWPATH. Two-dimensional horizontal aquifer simulation model. Waterloo Hydrogeologic Software. -Waterloo, Ontario, 1990.

94. Ganzha V.G., Vorozhtsov E.V. Numerical solutions for partial differential equations: problem solving using Mathematica. CRC press, 1996.

95. Gass R. Mathematica for scientists and engineers: using Mathematica to do science. Prentice Hall. 1998.

96. Jardine K., Smith L., Clemo T., Monitoring networks in fractured rock: a decision analysis approach.-Ground Water,№3, 1996, p.p. 504-518.

97. Kolluru R., Bartel S., Pitblado R., Sticoff S. Risk assessment and management handbook for environmental, health and safety professionals. N.Y.: McGraw-Hill, Inc., 1996.

98. Poeter E.P., Hill M.C. Inverse models: a necessary next step in ground-water modeling.-Ground Water, v.35, №2,1997, p.p. 250-260.

99. Renn O. Three decades of risk research: accomplishments and new challenges. Risk Research. 1998. V.l. p.p. 49-72.

100. Rosen L. LeGrand H. E. An outline of a guidance framework for assessing hydrogeological risks at early stages.-Ground Water, 1997, № 2, p.p. 195-204.

101. Zimmerman E.D., Riccardi G.A., Hydrodynamic model of cells for designing systems of urban groundwater drainage, Hydrogeology Journal, 2000, №8, p.p.538-548.по1. Фондовая

102. Отчет об осушительных работах на карьерах Межозерного рудника за 1980 год.

103. Межозерный, 1981. Фонды УГОКа. 112. Отчет об осушительных работах на карьерах Межозерного рудника за 1981 год.

104. Межозерный, 1982. Фонды УГОКа. ИЗ.Отчет об осушительных работах на карьерах Межозерного рудника за 1982 год. Межозерный, 1983. Фонды УГОКа.

105. Отчет об осушительных работах на карьерах Межозерного рудника за 1985 год. Межозерный, 1986. Фонды УГОКа.

106. Отчет о результатах гидрогеологических и инженерно-геологических работ проведенных на Узельгинском месторождении в 1975-1976 г.г., г. Дегтярск, 1976. Фонды ОАО «Унипромедь».

107. Пастухов И.П. Отчёт о детальной разведке Юго-Восточного участка месторождения им.Х1Х партсъезда на Южном Урале, 1957.

108. Петров Г.В. Отчёт по теме: Разработка направлений поисковых работ на колчеданные руды в Верхнеуральском рудном районе, 1992.

109. И 8. Петров Г.В., Саитгалов И.С., Чеснокова E.H. Отчёт о результатах предварительной разведки участка Узельгинский и поисково-разведочных работах масштаба 1:10000 на его флангах, проведённых в 1965-66 г.г. Пос.Межозерном, 1966. Фонд УГУ.

110. Петров Г.В., Чеснокова E.H. Молодёжное медноколчеданное месторождение. Результаты разведочных работ за 1961-1964 г.г. и подсчёт запасов по состоянию на 01.11.64, 1964.

111. Потапов В.В., Ковальчук А.И. Отчёт о результатах гидрогеологических и инженерно-геологических работ, проведённых на Узельгинском месторождении в 1975-1976 г.г. г.Дегтярск, 1976. Фонды ОАО «Унипромедь».

112. Сарапулова H.A. Отчёт о гидрогеологических исследованиях взаимосвязи шламоотстойного пруда станции нейтрализации (Золоторудного карьера) с карьером Объединённый и величине разгрузки подотвальных вод в Кислый прудок, Челябинск, 2000.

113. Технический проект осушения Узельгинского месторождения. Гипроцветмет. Москва, 1977. Фонды ОАО «Унипромедь»

114. Фельдман А.Л. Гидрогеологическое обоснование водоохранных мероприятий в области гидродинамического влияния Узельгинского рудника. Екатеринбург, 2000. Фонды ОАО «Унипромедь»

115. Шагин И.Н., Никитина Г.А. Отчёт о поисково-разведочных работах для хозяйственно-питьевого водоснабжения Межозёрного рудника Челябинской области гидрогеологической партией в 1979-1980 г.г. с подсчётом запасов по состоянию на 01.07.80, 1980.

116. Штейнберг А.Д. Отчёт о геологическом доизучении поверхности палеозойского фундамента масштаба 1:25000 за 1985-1990 г.г., 1991.

117. Список опубликованных по теме диссертации работ

118. Проблема опустынивания земель в районах разработки рудных месторождений// Тезисы докл. Международной научной конференции «Экологические проблемы мелиорации». Москва, 27-28 марта 2002 г.,- М: Изд. УПК «Федоровец», 2002, с. 93-94.

119. Оптимизация работы вертикального дренажа//Тезисы докл. Международной научной конференции «Экологические проблемы мелиорации». Москва, 27-28 марта 2002 г.,- М: Изд. УПК «Федоровец», 2002, с. 318-320.

120. Оптимизационное моделирование работы вертикального дренажа//Научные труды национального технического университета. Серия: Информатика, кибернетика и вычислительная техника (ИКВТ-2002) выпуск 39: Донецк: ДонНТУ, 2002, с. 65-70.

Информация о работе

Рыбников, Петр Андреевич
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2004
ВАК 25.00.07

Диссертация

Методы гидродинамического обоснования водоохранных мероприятий в районе ликвидируемых горнодобывающих предприятий - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы