WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Итог

Всего по Рыбинскому артезианскому бассейну

Изменение ёмкости

20276

1

20275

Приток от боковых границ

35416

58027

-22611

Водоотбор и водоотлив

0

55363

-55363

Инфильтрация

435740

0

435740

Эвапотранспирация

0

342479

-342479

Поверхностные воды

95139

131101

-35963

Сумма

586569

586971

-402

Баланс по всей площади модели

Изменение ёмкости

20364

1

20363

Приток от границ H=const

175052

42147

132905

Водоотбор и водоотлив

0

66641

-66641

Инфильтрация

954120

0

954120

Эвапотранспирация

0

950712

-950712

Поверхностные воды

316470

406658

-90188

Сумма

1466007

1466160

-153

Невязка [%]

-0,01

Важным фактором, характеризующим способность артезианского бассейна к самоочищению от проникающих в подземные воды загрязнений, является водообмен в водоносных горизонтах, характеризуемый временем смены подземных вод. Количественная оценка темпов водообмена позволяет не только выполнить районирование региона по степени самоочищения подземных вод под влиянием гидрогеодинамического фактора, но и представить среднюю продолжительность нахождения загрязнителя в водоносном горизонте и связанную с этим опасность для различных частей бассейна вывода из строя на продолжительное время водозаборных сооружений. Детальная информация, предоставляемая моделью, позволила рассчитать время водообмена как для отдельных горизонтов, так и для любой их комбинации. Были рассмотрены два варианта: для всей моделируемой системы водоносных комплексов (рис. 1) и для верхней, наиболее активной, зоны водообмена. Критерием выделения последней для каждого элементарного бассейна явилось резкое снижение приращения естественных ресурсов на графике dQ=f(k), где k – номер слоя модели, т.е. анализировалось их приращение для каждого слоя. Для всей водоносной системы время водообмена в выделенных бассейнах речного стока составляет от 25 до 317 лет при среднем значении 111 лет. Для наиболее активной зоны оно примерно вдвое меньше, составляя в среднем 66 лет. По времени водообмена бассейны расположены не хаотично, а группируются в зоны, что может служить критерием правомерности применённой при расчётах методики. Северо-западная часть бассейна характеризуется более высокими темпами водообмена, что объясняется наличием региональной области транзита подземных вод и соответственно, более высокими естественными ресурсами.

Рис. 1. Карта темпов водообмена подземных вод Рыбинской впадины

Наиболее замедленным водообменом характеризуются участки, соответствующие верховьям р. Б. Уря и её притоков. Они практически лишены воздействия регионального потока, естественные ресурсы подземных вод здесь формируются преимущественно за счёт инфильтрации на площади бассейнов. С наибольшей скоростью процессы водообмена протекают в трещинных коллекторах юго-западного обрамления Рыбинского артезианского бассейна, чему способствуют ограниченная мощность зоны трещиноватости и повышенные коэффициенты инфильтрации в условиях расчленённого рельефа.

Глава 5. Устойчивость состояния Рыбинского артезианского бассейна

Последствия воздействий техногенных нагрузок на природные системы зависят от динамики хозяйственной деятельности и от целого ряда природных условий, определяющих их устойчивость к таким нагрузкам. Для системы водоносных горизонтов, каковой является артезианский бассейн, изучены два основных аспекта устойчивости: гидродинамический и гидрохимический.

Гидродинамическая устойчивость определена по двум критериям: 1) соотношению естественных ресурсов территории и величины извлекаемой воды; 2) объединению локальных воронок в единую обширную депрессионную зону с угрозой интенсификации поступления в неё и накопления поллютантов от потенциальных объектов-загрязнителей, так что даже при последующем снижении водоотбора геологическая среда не сможет вернуться в исходное устойчивое, т.е. пригодное для функционирования природно-технических систем, состояние.

В качестве инструмента прогнозирования реакции системы водоносных горизонтов на изменение техногенной нагрузки нами использована гидрогеологическая модель. В процессе проведения исследований было рассмотрено несколько вариантов прогноза истощения запасов подземных вод при различной степени техногенного воздействия, два из них представлены на рис. 2.

а) при сохранении существующего б) при увеличении существующего

водоотбора водоотбора на 36 тыс.м3/сут

Рис. 2. Прогноз развития понижений уровня подземных вод на 2050 г

На сегодняшний день сформировалась общая депрессионная воронка за счёт деятельности Бородинского углеразреза, Александровского месторождения подземных вод и водозаборов в п. Урал и г. Заозёрный. Её размеры по изолинии понижения 1 м составляют 5*30 км. Дальнейшая эксплуатация подземных вод с текущим водоотбором прогнозируется с незначительным её расширением; за исключением участков, прилегающих к местам водоотбора, дополнительное снижение уровня не превысит 1-2 м. Не прогнозируется также существенного снижения уровней вблизи углеразрезов, что говорит о гидрогеодинамическом состоянии, близком к установившемуся.

Наиболее серьёзные изменения могут произойти при усилении водоотбора за счёт вовлечения в эксплуатацию Зеленогорского, Баргинского, Михалёвского и Бородинского месторождений подземных вод в пределах утверждённых запасов. Формирование единого поля снижения уровней во всех горизонтах ожидается на площади диаметром свыше 30 км, причём фоновое понижение за этот период здесь составит не менее 3-5 м. Кроме осушения неглубоких водопунктов, негативные последствия можно ожидать и по качеству подземных вод, поскольку в область захвата в этом случае попадает масса объектов-загрязнителей (железная дорога, нефтепровод, углеразрезы, промпредприятия Заозёрного, Бородино, Урала, Ирши). Проведённый анализ позволяет утверждать, что эксплуатация подземных вод Рыбинского артезианского бассейна характеризуется гидрогеодинамическим состоянием, близким к установившемуся, при усилении водоотбора для его центральной части прогнозируется переход в нестационарное состояние с формированием обширной депрессионной поверхности. Иными словами, основная часть территории Рыбинского артезианского бассейна характеризуется устойчивым состоянием геологической среды, однако интенсивность современного техногенного воздействия близка к предельно допустимой и дальнейшее повышение нагрузки на подземные воды переведёт систему в неустойчивое состояние.

Анализ фактического материала по химсоставу подземных вод показывает, что, несмотря на поступление загрязняющих веществ в водоносные горизонты, качество подземных вод на подавляющей части бассейна остаётся достаточно приемлемым и стабильным. За пределы ПДК обычно выходит содержание железа, часто марганец, в отдельных случаях бенз(a)пирен и нефтепродукты. По ряду элементов Рыбинский артезианский бассейн характеризуется максимальными из определённых в водах месторождений Красноярского края значениями (при средних значениях, не достигающих ПДК) – барий, селен, стронций, аммоний.

Прогнозирование качества подземных вод, как для возможности сохранения химического состава в заданных пределах, так и для оценки экологического эффекта того или иного воздействия, опирается на математические модели. Причём, чем масштабнее описываемая геоэкосистема (бассейн, регион), тем проще должна быть используемая модель: для сложных моделей практически безнадёжно получить достаточное количество экспериментальных данных для её параметризации и верификации (Айдаров И.П., Веницианов Е.В., Раткович Д.Я, 2002). Применяя это положение к Рыбинскому артезианскому бассейну, следует констатировать, что при уровне изучения миграционных параметров и граничных условий протекания физико-химических процессов для этой структуры, реальные результаты прогнозирования качества подземных вод по бассейну в целом возможно получить для схемы конвективного массопереноса, т.е. для ограниченного набора компонентов, а именно – консервативных компонентов. Соответственно этому, адекватная оценка устойчивости и нормирование поступления загрязнителей в подземные воды рассчитаны только для этих компонентов. Что касается неконсервативных компонентов, то использование для них представленной ниже методики даст, несомненно, заниженные нормы за счёт игнорирования процессов «самоочищения». Возможно, на данной стадии такие нормы также можно применять в качестве предельной (заниженной) величины поступления этих компонентов при региональной оценке устойчивости химического состава подземных вод изучаемой территории.

Анализ показывает, что в качестве единицы допустимого дополнительного техногенного воздействия на водоносную систему может служить скорость поступления в водоносный горизонт массы растворённого вещества на единицу его площади, т.е. кг/сут*кв.км. Исходя из этой размерности, устойчивость качества подземных вод по i-ому компоненту определяется способностью водоносного горизонта поддерживать концентрацию этого элемента в допустимых пределах посредством вывода дополнительно поступающих его количеств. Таким образом, устойчивость будет определяться отношением выведенного из водоносной системы избыточного количества компонента к его дополнительно поступившему количеству и выражаться в процентах или долях единицы, т.е. коэффициент устойчивости:

Куi = Мвi/Мпi (5.1)

Для консервативных компонентов (схема конвективного массопереноса) нет необходимости расчёта частных коэффициентов устойчивости, поскольку все они будут определяться по одной и той же зависимости и будут равны между собой. В качестве единицы нормирования загрязнения будем использовать предельную норму поступления i-ого компонента, т.е. такое количество этого компонента (кг/сут*кв.км), при котором его концентрация не выходит за пределы, установленные для питьевых вод.

Расчёты выполнены с использованием методики бассейнового подхода (Трифонова Т.А., Солдатенкова О.П., 2002), т.е. в качестве элементарного объекта рассматривалась водосборная площадь речного бассейна и предполагалось равномерное распределение концентрации по рассматриваемому бассейну. В этом случае допустимая норма поступления i-ого компонента определится из простого балансового равенства:

QеCе+QпитCдоп = QразCвых+QвыхCвых (5.2)

Qе - естественные ресурсы (приходная часть) подземных вод в рассматриваемом элементарном бассейне;

Qпит - дополнительное питание, получаемое водоносным горизонтом на площади бассейна;

Qраз – подземные воды, разгружающиеся на площади бассейна (гидросеть, водозаборные сооружения);

Qвых – подземный сток с площади рассматриваемого элементарного бассейна в смежные бассейны;

Cе, Cдоп, Cвых – концентрация компонента в естественных условиях, дополнительно поступающая в результате загрязнения и результирующая.

Дополнительное количество вещества определяется при условии равенства результирующей концентрации величине ПДК, т.е. Cвых = Cпдк

QпитCдоп = QразCпдк+QвыхCпдк-QеCе = Mti (5.3)

Отсюда допустимая норма поступления загрязняющего вещества в бассейн определится как частное от деления дополнительно поступившей массы этого вещества за единицу времени Мti к площади S этого бассейна:

Ni = Мti/S (5.4)

Коэффициент устойчивости согласно (5.1) и (5.2) можно выразить в виде:

Ку = Мв/Мп = QразCвых/QпитCдоп (5.5)

Результирующая концентрация определяется как:

Cвых = (QеCе+QпитCдоп)/Qе (5.6)

Тогда

Ку = (QеCе+QпитCдоп)*Qраз/Qе*QпитCдоп (5.7)

При первоначальном отсутствии загрязнения в водоносных горизонтах (Cе=0) последнее выражение упрощается и принимает минимальное значение:

Ку = Qраз/Qе, (5.8)

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»