ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 4, с. 333-339
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 504.4.054: 504.3.054
ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА БАССЕЙНЫ РЕК ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО РАЙОНА В ЮЖНОЙ ЧАСТИ КУЗБАССА
© 2015 г. Е. Л. Счастливцев, А. А. Быков, Н. И. Юкина, С. Г. Пушкин
Институт вычислительных технологий СО РАН, ул. Рукавишникова, 21, г.Кемерово, 650025 Россия. E-mail: schastlivtsev@ict.sbras.ru
Поступила в редакцию 13.10.2014 г.
Проведена оценка суммарного загрязнения при распространении и выпадении атмосферных аэрозолей на территории водосборных бассейнов рек в угледобывающем районе. Дана оценка вклада выбросов отдельного разреза в суммарное выпадение от всей совокупности источников, влияющих на рассматриваемую территорию. Проведен анализ загрязнения различных типов вод на территории угледобывающего района, выявлены приоритетные загрязнители, и определен их вклад в качество речных вод.
Ключевые слова: техногенная нагрузка, бассейны рек, вычислительные модели, выпадение загрязняющих веществ, оценка качества вод.
ВВЕДЕНИЕ
Сосредоточение большого количества угледобывающих предприятий (УДП) на малой территории оказывает негативное влияние на окружающую среду в виде нарушения земной поверхности, загрязнения подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха; заболачивания и деградации почв, истощения растительности, ухудшения здоровья населения. Все объекты природной среды имеют пределы техногенного воздействия со стороны УДП, превышение которых приводит к нарушению равновесия экологической системы территории, что влечет за собой значительные социально-экономические потери.
Очевидно, что для решения задачи развития такой территории в рамках сбалансированного взаимодействия природы и промышленного производства требуются оценка техногенной нагрузки на природные объекты и своевременное принятие правильных природоохранных решений. При этом интегратором загрязнения территории являются расположенные на ней водные объекты. Качество воды в них зависит как от сосредоточенного сброса, так и от распределенного сброса с водного бассейна. Следует отметить, что сброс с водного бассейна в угледобывающих районах формируется преимущественно выпадением загрязняющих веществ (ЗВ), содержащихся в атмосферных выбросах промышленных и бытовых
источников, в зону влияния которых полностью или частично он попадает.
В качестве горнодобывающего района, рассмотрена территория Бунгуро-Чумышского месторождения. Оценку техногенной нагрузки на бассейны рек проводили с применением модельных расчетов осаждения ЗВ из атмосферы на подстилающую поверхность и расчета качества водных объектов по нормализованным (НП) и ассоциативным показателям (АП).
ОЦЕНКА РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ВЫПАДЕНИЯ АТМОСФЕРНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ
Оценка распространения и выпадения загрязняющих веществ из атмосферы на подстилающую поверхность проведена на основе локальной долгосрочной модели расчета выпадения пылевых частиц из атмосферы на подстилающую поверхность, построение которой, опыт практического применения и подготовка входных данных рассмотрены в [1-3]. В состав возможностей модели входит расчет распределения и суммарного количества ЗВ, выпадающих на заданные полигоны, в частности - на территории водосборных бассейнов рек. Тем самым дается расчетная оценка потенциального количества ЗВ, часть из которых может смываться талыми и дождевыми водами непосредственно в водотоки, а другая -
накапливаться в почве, растительности и других наземных экосистемах.
Ниже представлены результаты расчетов для территории Бунгуро-Чумышского угольного месторождения, расположенного в южной части Кузбасса. Для расчета выпадения пыли использованы все основные группы антропогенных источников загрязнения атмосферы, окружающие район исследования. К ним относятся разрезы компаний Сибэнергоуголь, Сибирский цемент, Стройсервис и разрез Степановский. Перечень загрязняющих веществ и их выбросы взяты из данных инвентаризации (Сибэнергоуголь, Степановский) или рассчитаны по удельным выбросам, исходя из производительности и условий производства. Эти источники характеризуют выбросы действующего на сегодняшний день угледобывающего производства.
В состав инвентаризации источников предприятий входят только те дороги и движущийся по ним транспорт, которые находятся в пределах промплощадки. Однако транспортировка угля к железнодорожным складам продолжает оставаться источником выделения газообразных ЗВ и пыли. Поэтому для полного учета выбросов в состав источников добавлены дороги общего пользования, по которым осуществляется перевозка угля. Кроме того, любая дорога, тем более без асфальтового покрытия, - источник выделения пыли, поэтому учет дорог общего пользования для оценки выпадения ЗВ представляется необходимым. В итоге дороги заданы в виде 39 прямолинейных участков различной длины с суммарным выбросов пыли около 35 т/год, из которых 27 приходится на дороги, по которым осуществляется перевозка угля.
На исследуемой территории расположены старые отвалы и территории бывших горных работ различных предприятий, в том числе и ныне не существующих. Они занимают площадь в десятки квадратных километров и имеют значительные поверхности, не покрытые растительностью. В ходе объезда и осмотра территории установлено, что эти поверхности не являются источниками газообразных ЗВ, но подвержены выветриванию как в зимний, так и в летний периоды. Они представлены в расчете неорганизованными площадными источниками с суммарным выбросом около 50 т/год (3 гр • год-1 • (м2)-1), который равномерно распределен по источникам в зависимости от их площади. Влияние данной группы источников (только пылевые частицы) весьма незначительное и дает заметный вклад только на территории
самого источника или в непосредственной близости от него.
Достаточно существенный источник выброса пылевых частиц (угольной золы), особенно в зимний период, - печные трубы индивидуальной застройки населенных пунктов. Каждую трубу в отдельности задавать нецелесообразно, поэтому принято задавать сельские населенные пункты площадными источниками с выбросом, пропорциональным количеству дворов. Выброс угольной золы и газообразных ЗВ рассчитывается как для котельной с ручной загрузкой на неподвижные колосники из условия сжигания порядка 5 т угля за зиму.
Необходимые для расчета роза ветров и повторяемость скоростей ветра, построенные за зимний период 2012-2013 гг., взяты по данным наблюдений с ближайшей метеостанции (Аэропорт Спиченково) на основе архивов сайта www.rp5.ru.
На рис. 1 представлена карта-схема территории, на которой номера бассейнов соответствуют тем, которые в дальнейшем используются в табл. 1, 2.
В табл. 1 приведено суммарное годовое выпадение ЗВ на бассейны рек от всех ранее рассмотренных групп источников выбросов в атмосферу (в числителе). Величины выпадения получены путем вычисления интеграла по площади каждого отдельно взятого бассейна, исходя из числовых значений осаждения в каждой расчетной точке (всего около 17 тыс. точек), схематичное отображение которых представлено на рис. 1.
Так как бассейны рек имеют существенно разную площадь (см. табл. 1), поэтому большое суммарное осаждение может означать как интенсивное выпадение на малый бассейн, так и незначительное выпадение на бассейн с большой площадью водосбора. Таким образом, более характерный показатель атмосферной экологической нагрузки на бассейн - удельное выпадение на квадратный метр площади самого бассейна (табл. 2).
В нашей стране не существует официальных, законодательно установленных (как ПДК в атмосфере) нормативов допустимого осаждения ЗВ на подстилающую поверхность и находящиеся на ней экосистемы. Однако в рекомендациях [4], предназначенных для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия, можно найти критические уровни выпадения основных закисляющих ЗВ для лесных
Рис. 1. Схема расположения бассейнов рек и расчетная пылевая нагрузка (г/м2 в год) от всех источников выброса.
Таблица 1. Расчетная оценка суммарного годового выпадения (кг/год) на территории бассейнов рек ЗВ, выбрасываемых всеми учтенными источниками (в числителе) и УДП территории Бунгуро-Чумышского месторождения (в знаменателе)
Номер на карте Название реки Площадь бассейна, км2 Суммарное годовое осаждение, кг
Нитраты Сульфаты Пыль
1 Кандалеп 48.5 3180 479 350000
1180 57 153000
2 Таловая 125 670 63 17000
27 3 1700
3 Бунгур 85 4569 953 260000
2187 114 154000
4 Учул 61.5 1634 303 82000
308 8 11090
5 Кинерка 304.5 3629 806 102000
1142 18 36160
6 Ачигус 52 718 206 22000
318 5 8530
7 Углеп 14.8 419 156 20100
164 9 5510
8 Безым. ручей 3.74 264 47 15900
176 11 12000
9 Кишта 3.71 211 65 19000
98 5 3860
10 Березовка 53.1 1076 122 30340
46 4 1450
В сумме 752 16325 3199 918340
5646 234 387300
Таблица 2. Расчетная оценка удельного годового выпадения (г/м2 в год) загрязняющих веществ, выбрасываемых всеми учтенными источниками
Номер на карте Название реки Площадь бассейна, км2 Удельное годовое осаждение, г/м2
нитраты сульфаты пыль
1 Кандалеп 48.5 0.066 0.0099 7.22
2 Таловая 125 0.006 0.0005 0.14
3 Бунгур 85 0.054 0.0112 3.06
4 Учул 61.5 0.027 0.0049 1.33
5 Кинерка 304.5 0.012 0.0026 0.33
6 Ачигус 52 0.014 0.0040 0.43
7 Углеп 14.8 0.028 0.0105 1.36
8 Безым. ручей 3.74 0.071 0.0126 4.25
9 Кишта 3.71 0.057 0.0175 5.12
10 Березовка 53.1 0.021 0.0023 0.57
В среднем 752 0.022 0.0043 1.23
и водных экосистем северных и центральных районов России. Они составляют 0.32 и 0.28 г/м2 в год для соединений серы и азота соответственно. И хотя в непосредственной близости к промышленным зонам разрезов расчетные величины осаждения нитратов приближаются к указанным критериям (рис. 2), но в среднем территории бассейнов рек рассматриваемого горнодобывающего района еще далеки от стадии загрязнения, когда их можно рассматривать как зоны чрезвычайной экологической ситуации.
Рис. 2. Расчетная оценка годового выпадения на почву соединений азота вокруг зоны ведения горных работ на территории Бунгуро-Чумышского м
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.