Геоэкологическая оценка гидросферы урбанизированных территорий

УДК 622:502

Л.И.АУЗИНА

Иркутский государственный технический университет

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГИДРОСФЕРЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Освещается современное состояние экосистем урбанизированных территорий, особое внимание при этом уделяется подземной гидросфере, являющейся наиболее уязвимой составляющей, влияющей на устойчивость системы в целом. Для оценки степени устойчивости разработан комплексный показатель гидросферы (КПГ), включающий в себя природные особенности исследуемой территории, характер техногенных нагрузок, а также результаты антропогенного влияния. Основой разработки КПГ явился анализ специально разработанной базы данных и последующее математическое моделирование. Моделирование позволило определить ведущие природные и техногенные факторы, контролирующие состояние гидросферы, и выделить типовые модели, характеризующие устойчивость экосистемы.

The present-day state of the urban territories ecosystem is discussed with special reference to underground hydrosphere being most vulnerable component, and affecting the system as a whole. To estimate the degree of stability the complex index of hydrosphere state (CIH) including natural conditions of the investigated territory, technogenic effect load and results of man's impact have been developed. The analysis of specially worked out database and subsequent mathematical simulation have become the basis for CIH development. The numerical modeling allows to define the main factors of the native and technogenic character that control the hydrosphere state and to single out standard models, which characterize the ecosystem's stability.

В XX в. происходила интенсивная урбанизация во всем мире. К концу века более 70 % населения Земли по данным ЮНЕСКО уже проживало в городах, развитие которых приводит к значительному изменению экосистем. Существующая экономическая ситуация в России привела к тому, что многие предприятия-загрязнители перестали существовать, другая же часть продолжает работать, однако при этом прекратили функционировать многие сооружения экологической и инженерной защиты. В связи с этим интенсифицируются природно-техногенные процессы, ухудшается экологическая обстановка в городе, городских агломерациях, прочих техногенно-нагруженных территориях, т.е. обостряются конфликтные ситуации в системе природа - общество.

Наиболее уязвимая часть этой системы -подземная гидросфера, подвергающаяся весьма значительным изменениям в пределах промышленно-нагруженных регионов, в частности, урбанизированных территорий. Под подземной гидросферой в данном слу-

чае подразумевается верхняя часть земной коры, в которой по термодинамическим условиям могут существовать природные воды и которая в наибольшей степени испытывает на себе результаты хозяйственной деятельности. В подземной гидросфере развивается множество негативных явлений, среди которых крупномасштабное подтопление территорий, интенсивное загрязнение зоны аэрации, инженерно-геологические процессы.

В связи с этим одна из наиболее остро стоящих проблем на сегодняшний день -это разработка методов комплексной оценки состояния подземной гидросферы с последующим районированием и оценкой ее устойчивости, прогноз изменения ее состояния и выработка проектных решений, направленных на минимизацию негативных результатов техногенных воздействий.

Для достижения этой цели автором разработан комплексный показатель, в основе которого лежат природно-геологические условия конкретного региона (геолого-

_ 129

Санкт-Петербург. 2003

Результаты моделирования

Параметры системы утилизации Вариант моделирования Годы

2001 2002-2005 2006-2009 2010-2013 2014-2017 2018-2020

Объем откачки рассолов, I 9,0 9,01 9,02 9,0 9,045 9,035

млн м3/год II 9,06 9,05 9,02 9,09 9,1

III 9,06 9,05 9,02 9,12 9,12

Объем закачки рассолов в I 10,75 7,9 8,9 7,9 8,9 7,9

горизонт, млн м3/год II 8,9 8,9 7,9 9,6 8,8

III 8,9 8,9 7,9 10,3 8,8

Напоры под рекой (скв. 13Н) I 259,5 246,8 246,6 247,2 247,9 248,0

абс. м II 254,4 257,1 254,5 263,6 262,45

III 254,4 257,1 254,5 267,0 263,4

Объемы сброса в дополни- I 0,6 1,75 1,0 1,0 0,5 0,5

тельную емкость, млн м3 II 1,75 1,0 1,0 0,7 0,5

III 1,75 1,0 1,75 1,5 1,5

Динамика опорожнения объ- I 12,95 10,4 6,88 7,27 5,95 7,75

ема накопителя, млн м3 II 9,39 6,79 10,07 8,03 9,93

III 12,19 11,39 14,47 9,35 9,91

емов обратной закачки до величин, меньших и равных значениям притоков их к системе осушения карьера, уровни подземных вод в метегеро-ичерском водоносном комплексе будут все время снижаться, позволяя вести обратную закачку в режиме свободного налива. При этом опорожнение емкости накопителя можно осуществлять в щадящем режиме по отношению к реке.

Во втором варианте (при Кдоп = = 0,7 млн м3/год) задача экологически безопасного функционирования системы обратной закачки также решается достаточно успешно. В частности, при первоначальном снижении расходов обратной закачки сточных вод в метегеро-ичерский водоносный комплекс (2002-2012 гг.) до уровня дебитов откачиваемых (а затем и ниже их) вод происходит резкое падение напоров в осушаемом пласте. Это позволяет в последующие периоды варьировать объемами закачки рассолов в осушаемый пласт при одновременном снижении нагрузки на р. Малая Ботуобия.

Очевидно, что наиболее тяжелым в отношении техногенной нагрузки на р. Малая Ботуобия является вариант, при котором в накопитель будут поступать избыточные воды в объемах порядка 1,4 млн м3/год. Однако и в этом случае подмеченная закономерность падения напоров метегеро-ичерского водоносного комплекса при снижении объемов закачки (<2отк ^ (2з) дает возможность постепенного опорожнения накопителя.

Анализируя приведенные данные, характеризующие варианты экологически безопасного функционирования системы утилизации сточных вод за Восточным разломом, нетрудно заметить, что они составлены, исходя из трех принципиальных положений:

1) постепенное снижение объемов сброса сточных вод в р. Малая Ботуобия и тем самым уменьшение техногенной нагрузки на окружающие среды;

2) создание запаса свободной емкости накопителя путем варьирования объемами обратной закачки и сброса сточных вод;

3) создание свободной емкости в осушаемом пласте при резком снижении расхода обратной закачки на первых этапах (2002-2013 гг.) ее эксплуатации, что позволяет сразу же перейти на режим свободного налива.

Выполнение указанных принципиальных положений (при условии качественной реконструкции системы защиты накопителя от паводковых вод) несомненно приведет к существенному оздоровлению экологического состояния природных сред в области влияния накопителя и системы обратной закачки, а также технически упростит сам процесс утилизации сточных вод. Но самое главное, что вопрос с выбором нового участка закачки и сооружения дополнительного рассолонакопителя отпадает автоматически.

128 -

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.153