Техногенные изменения геологической среды кратко
Обновлено: 30.06.2024
По богатству и разнообразию выявленных минерально-сырьевых ресурсов Иркутская область занимает одно из ведущих мест среди других регионов России. На базе этих ресурсов в области развита добыча угля, железных руд, золота, слюды, поваренной соли, формовочных песков, огнеупорных и керамических глин, талька, цементного сырья, гипса, стекольных песков, разнообразных строительных и облицовочных материалов, многих видов поделочных камней. В ближайшие годы предполагается разработка Сухоложского золоторудного месторождений. Кроме того, подготавливается освоение месторождений нефти и газа в северных районах области - Жигаловском, Усть-Кутском и Катангском. В более отдаленной перспективе возможна добыча новых видов редких металлов, титанового сырья, калийных солей, диопсид-волластонитовых руд, цеолитов и др. Таким образом, минеральная база Иркутской области представляет собой весьма мощный и разнообразный источник получения различной продукции и сырья для федерального и местного потребления.
Чтобы с достаточной полнотой оценить роль минерально-сырьевых ресурсов в экономическом балансе области, следует указать, что извлекаемая ценность только разведанных запасов минерального сырья (без стоимости минеральных стройматериалов) составляет сотни млрд. долларов.
С целью использования этих богатств, в настоящее время в области круглогодично и сезонно действуют около 100 горнорудных предприятий. Горнорудные предприятия по масштабам добычи относятся, в основном, к мелким и средним, в большинстве своем добычи относятся, в основном, к мелким и средним, в большинстве своем обеспечены промышленными запасами на амортизационный срок и работают в целом рентабельно.
С геологической разведкой и добычей всех видов полезных ископаемых органически связано экологическое равновесие окружающей природной среды, зависящее от степени нарушенности земной поверхности и загрязнения воздушной и водной среды, обусловленных деятельностью геологоразведочных и добычных предприятий. Эта степень воздействия на природную среду при ведении геологоразведочных работ (ГГР) на различные полезные ископаемые, а также работ по добыче минерального сырья, неравнозначна. Она зависит от стадий ГРР и системы добычи полезных ископаемых.
В комплекс ГРР входят следующие стадии их проведения: геологическая съемка и поиски с минимальным влиянием на окружающую среду (пешие маршруты геологов, проходка редких шурфов и канав, мелких буровых скважин и т.д.); предварительная и детальная разведка со значительным объемом горнопроходческих (канавы, шурфы, штольни с применением взрывных веществ и бульдозеров) и буровых работ с обустройством энергетического и сопутствующего хозяйств, особенно сложных при работах на нефть и газ; на всех стадиях применяются геофизические методы разведки с комплексом сопровождающих работ (рубка просек, расчистка дорог, бурение, взрывные работы).
Анализ степени влияния геологоразведочных работ на окружающую среду показал, что наименьший вред природе наносится на стадии геолого-съемочных и поисковых работ и при разведке месторождений воды. При этих работах следует требовать от геологоразведочных организаций безусловной засыпки горных выработок (канав и шурфов), а также рекультивации площадок буровых скважин, и природная среда со временем будет восстановлена.
Весьма ощутимый вред ландшафтам и геологической среде наносится на стадии предварительной и детальной разведки месторождений твердых полезных ископаемых, когда нарушается и загрязняется поверхность десятков, а иногда и сотен квадратных километров. При этом следует иметь ввиду, что далеко не все месторождения после предварительной разведки вовлекаются в детальную разведку, а затем и в эксплуатацию, однако никаких рекультивационных работ на этих месторождениях не проводится и, следовательно, их поверхность многие десятилетия остается непригодной для народнохозяйственного пользования. Еще более сильный урон окружающей среде наносится при поисках и разведке месторождений нефти и газа. Нарушаются и загрязняются химическими реагентами значительные площади (до 18 га на каждую скважину) буровых площадок и подъездных дорог к ним, при бурении происходит смешивание и загрязнение горизонтов подземных вод, загрязняющих поверхностные водотоки, происходят выбросы нефти и газа. Газовые факелы горят иногда годами, нанося весьма ощутимый вред атмосфере. Сократить вредное влияние нефтегазопоисковых работ на природную среду можно только строгим соблюдением технологии буровых работ, предотвращающей самопроизвольные выбросы нефти и газа.
Значительный ущерб природе наносят региональные геофизические работы (в основном сейсморазведка). Необходимость прокладки широких длинных просек в тайге, временных дорог к ним и по ним, бурение скважин и производство взрывных работ в них ведут к повреждению верхних слоев земли и растительного покрова на значительных площадях, происходит нарушение и загрязнение поверхностных водотоков. В северных районах области, где развита многолетняя мерзлота, техногенное воздействие сейсморазведочных работ на растительный покров и верхние слои земли проявляется особенно резко и последствия этого воздействия не залечиваются многие десятилетия.
Если суммировать техногенное воздействие геологоразведочных работ на окружающую среду, то можно констатировать, что только за период 1990-2000 гг. ГФУГП "Иркутскгеология" в результате проходки 42,0 тыс.м штолен, более 6,0 млн. м3 канав и траншей, более 75,0 тыс.м шурфов и бурения, более 2,0 млн. пог.м скважин, нарушило почвенно-растительный покров на площади более 3 000 га, а рекультивировало только около 400 га. ОАО "ВостСибнефтегазгеология" пробурило 175 глубоких скважин, нарушив около 4 000 га почвенно-растительного слоя. За этими объемами геологоразведочных работ стоят тысячи гектаров погубленного и пропавшего при проходке канав "на выброс" леса; около 10 тысяч буровых площадок и десятки тысяч незасыпанных канав, траншей и шурфов. Кроме того, в таежных районах прорублены десятки тысяч километров просек, сейсморазведочных и других геофизических профилей и дорог-времянок. Нанесен вред воздушной среде в результате сжигания тысяч тонн горюче-смазочных материалов, взрыва сотен тысяч тонн взрывчатых веществ, горящих фонтанов нефти и газа. Произведено и ощутимое загрязнение подземных и поверхностных вод из-за попадания в них нефтепродуктов, буровых реагентов, механических загрязнений, а также смешивания пресных вод с рассолами (пример - Марковское месторождение).
Дальнейшее проведение геологоразведочных работ без серьезных природоохранных мероприятий приведет в отдельных местах к необратимым изменениям экосистемы в сторону полной гибели существующей природной среды, особенно таежной растительности и животного мира.
Влияние добычи полезных ископаемых на окружающую и геологическую среду в значительной степени зависит от горногеологических условий залегания руд в недрах и вытекающего из этого способа отработки запасов, т.е. должно рассматриваться в едином комплексе природоохранных мероприятий.
Добыча разных видов полезных ископаемых имеет свою специфику по степени влияния на окружающую среду, поэтому целесообразно рассмотреть этот вопрос по отраслям промышленности.
Подавляющая часть полезных ископаемых в Иркутской области добывается открытым способом - карьерами, драгами, гидромеханизированным способом.
При добыче угля в Иркутском бассейне нарушается земная поверхность на значительных площадях, но по окончании добычных работ всю ее можно рекультивировать, облагородить и превратить в превосходные сельхозугодья. При этом, возможно, произойдет и самовосстановление нарушенного горизонта подземных вод. Однако, в полном объеме рекультивация земель ОАО "Востсибуголь" не проводится.
При добыче железных руд, рудного золота, многих видов нерудного сырья и строительных материалов, связанных с необходимостью проходки карьеров и подземных выработок в скальных породах, происходят безвозвратные потери значительных площадей земной поверхности, которые в редких случаях можно использовать под искусственные водоемы или для других хозяйственных целей. Кроме того, разработка таких месторождений ведет к значительному загрязнению поверхностных водотоков и нарушению режима подземных вод вблизи карьеров и шахт, а также загрязнению атмосферы при массовых взрывах (Коршуновское, Рудногорское, Татьянинское, Перевал и др.).
Добыча россыпного золота в Ленском золотоносном районе и Восточном Саяне вызывает нарушение поверхности речных долин и загрязнение на многие километры поверхностных водотоков механическими примесями. Если же проводить элементарную планировку отработанных площадей, то в течение 20-50 лет поверхность речных долин самоурегулируется и примет первоначальный облик. Только для восстановления лесного покрова потребуется несколько больший срок.
При добыче кирпичных и огнеупорных глин, формовочных и стекольных песков, песчано-гравийных материалов и других, залегающих на небольшой глубине пластообразных месторождений, как и в случае добычи угля, возможна полная рекультивация земель с передачей сельхозпредприятиям. Загрязнение подземных и поверхностных вод при этом минимально.
Использование пресных и минеральных подземных вод, если не нарушаются правила эксплуатации скважин, не приводит к изменениям окружающей среды. Это положение можно распространить и на способ добычи соли методом подземного выщелачивания, если исключить загрязнение поверхности рассолопромысла в результате небрежного отношения к трубопроводам и запорным устройствам. Общим недостатком горнодобычных работ является слабое использование достижений научно-технического прогресса (внедрение экологически безопасных методов добычных работ, малоотходных и безотходных технологических процессов, замкнутого водооборота), обеспечивающих комплексное использование минерального сырья.
Даже предварительный анализ влияния геологоразведочных и горнодобычных работ на окружающую среду показал возможность геолого-экологического районирования территории. При этом удалось выделить три степени реакции геологической среды (ГС) на различные виды техногенных процессов: очень сильное, интенсивное, умеренное. Прослеживается четкая зависимость степени изменения ГС от стадий ГРР и пространственно-структурных особенностей размещения месторождений полезных ископаемых.
Наиболее интенсивные площадные изменения ГС зафиксированы в Иркутском угленосном бассейне, в Ангаро-Илимском железорудном бассейне, в Мамско-Чуйском слюдоносном и Ленском золотоносном районах. Очаговое интенсивное воздействие на ГС произошло в Слюдянском районе, в Восточном Саяне (разведка железорудных, редкометалльных и др. месторождений). Большие площади в различной степени нарушенности ГС концентрируются в Ангаро-Ленской и Непско-Ботуобинской нефтегазоносной провинции (районы Марковского, Дульсиминского, Аянского, Верхне-Чонского месторождений). Эта предварительная схема районирования ГС ясно указывает на уязвимость и ранимость окружающей среды. Она является серьезным предупреждением для последующего промышленного использования минеральных ресурсов, заставляет требовать от пользователей разработки безотходных технологий или, во всяком случае, рационального комплексного использования сырья и безусловного соблюдения природоохранных мероприятий.
Необходимо особо подчеркнуть, что предстоящая разработка месторождений нефти и газа в Иркутской области с учетом печального опыта в Тюменской области и др. районов Сибири и Севера, грозит серьезными экологическими последствиями для природы, здоровья и жизни населения. Вместе с тем, проблемы кризисных явлений в экологии южных, наиболее промышленно-развитых районах области и оз. Байкал, заставляют форсированно проводить разведку и освоение месторождений - Ковыктинского, Верхнечонского и др. Подача природного газа и нефтепродуктов в южные районы обеспечит перевод ТЭЦ на более экологически чистое топливо и даст экономически выгодное сырье для технологических линий химических нефтегазоперерабатывающих производств.
Однако, существующая технология разведочного и эксплуатационного бурения, токсичность многих применяемых материалов и реагентов, низкая экологичность систем сбора и хранения отходов, отсутствие промышленно-освоенных природозащитных средств, а также низкий уровень экологической культуры и организации природоохранных работ, заставляют обратить особо пристальное внимание на освоение этих месторождений. И дело здесь не только в несовершенстве применяемой методики геологоразведочных работ, транспортировке нефти и газа (она ниже всякой критики), но и в отсутствии дифференцированного учета конкретных условий ландшафтно-природного комплекса. Речь идет о богатых кедровых лесах (рубка которых запрещена законодательством), о богатых запасах промысловых животных (лось, олень, соболь, белка и др.), о водных бассейнах с их рыбными запасами и об охране подземных вод и рассолов.
Проведенные поисково-разведочные буровые и геофизические работы уже привели к кризисному состоянию окружающую среду в Катангском районе (особо ранимая северная природа - лес, обитающий здесь животный мир, гибель пастбищ для северного оленя и т.д.). Что ждет районы Верхней Чоны и Ковыкты, когда туда придут нефтедобытчики и другие сопровождающие службы (энергетики, транспортники, строители и т.д.). Появятся многие сотни промысловых скважин, сотни километров нефте- и газопроводов, магистральные и временные дороги, аварийные и плановые выбросы нефти, газа и рассолов, массивы вырубленного леса и кедровников. Размер ущерба от этих работ по предварительным данным оценивается в миллиарды долларов.
Сущность геолого-экологического районирования заключается в выявлении (оконтуривании) районов (ареалов), каждый из которых имеет определенную качественную или количественную степень (оценку) изменения нарушенности окружающей среды. Методически районирование проводится путем многопризнакового, многофакторного расчленения территории на ряд районов с различной качественно-количественной характеристикой техногенного давления комплексов ГРР и ГДР.
Первоначально принято, что площадь исследований, покрытая поисками и геологической съемкой м-ба 1:50 000, имеет степень поражения геологической среды (при выполнении всего комплекса работ - маршруты, канавы, шурфы, бурение, просеки и т.д.) равную единице. Затем, путем выборочного количественного подсчета по объектам различных стадий (методом экспертных оценок), определенному виду ГРР и добычи минерального сырья, установлено условное количество "бит". Далее, используя карты изученности территории, извлекаем сведения о времени проведения ГРР, виде сырья, масштабе и методах исследований и стадий ГРР (что соответствует или должно (!) соответствовать определенному объему горных, буровых и др. работ на единицу площади с учетом вида сырья, масштаба, метода работ и т.д.). Методом накладок, аппликаций и суммирования ареалов различной ценности ("бит") строятся сводные карты способом изолиний.
Данные схемы картографически (в пространстве) показывают степень давления на ГС системы ГРР и добычи минеральных ресурсов, что дает возможность выделить геолого-экологические провинции (ГЭП), где определен обобщенный уровень изменения (пораженности) природных комплексов в результате техногенного воздействия, в том числе и системы ГРР и добычи полезного ископаемого (например, площади проведения специализированных поисковых и поисково-оценочных работ на золото, слюды с последующей их добычей и т.д.).
На территории Иркутской области выделено пять геолого-экологических провинций, характеризующихся различными степенями техногенного давления, внутренней структурой, что обусловлено спецификой минерального сырья, методами и объемами ГРР, их масштабами и т.д.
1. Восточно-Саяно-Присаянская (уголь, редкие металлы, слюда, золото, строительные материалы.
2. Ангаро-Илимская (железо, неметаллические ископаемые).
3. Лено-Тунгусская (нефть, газ, соли, нерудные ископаемые, рассолы, железо, исландский шпат и др.).
4. Мамско-Бодайбинская (слюда, золото, строительное и поделочное сырье).
5. Прибайкальская (нерудные полезные ископаемые, золото).
В пределах каждой провинции степень воздействия геологоразведочных и горнодобычных комплексов в целом на всю площадь оценивается как умеренная. На этом тревожном фоне выделяются площади (ареалы) с сильной и очень сильной (катастрофической) степенями воздействия. Последние ареалы (геолого-экологические узлы) совпадают с зонами интенсивных геологоразведочных работ или добычи полезных ископаемых.
Из сказанного ясно, что представленное районирование - это лишь общая оценка степени давления (поражения) геологической среды, которая напрямую или косвенно влияет на экологическое равновесие, усиливает экологический дискомфорт, приводит к аномальному заболеванию населения. Необходимо установить связь между экологической ситуацией (т.е. степенью поражения природной среды в целом), выраженной через систему районирования в виде районов, зон и объектов, и здоровьем населения, существованием животного и растительного мира. На сегодня названные связи в данном регионе не изучены или изучены крайне слабо, информация отсутствует и поэтому выделенные геолого-экологические единицы (провинции, районы, зоны, объекты) выступают как территории определенного риска для проживания и труда населения, как территории, где возможно проявление негативных и, вероятно, необратимых процессов.
Исходными материалами для составления карты явилась информация, полученная в геологических фондах ГФУГП "Иркутскгеология", Иркутскнефтегазгеология", Иркутскнефтегазгеофизика", а также научно-тематические исследования, выполненные в ВостСибНИИГГиМСе и Иркутском государственном университете. Предлагаемая карта может быть использована при оценке экологического состояния определенных территорий в целях рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды юга Восточной Сибири.
Техногенез воздействует прямо и косвенно на процессы выветривания. Он играет роль или активного агента выветривания, или влияет на природные агенты выветривания (температуру, влажность, состав воздуха, воды, организмы) и среду (геологические и гидрогеологические условия, рельеф и др.).
Следствием прямого воздействия является образование техногенной (антропогенной) коры выветривания. Она формируется благодаря разупрочнению, дезинтеграции и изменению состава пород, перемещаемых в огромных количествах при открытых и подземных горных работах. Выветривание интенсивно идет в бортах карьеров, отвалов горных пород, откосах каналов, дорожных выемок, а также в штольнях, тоннелях и других подземных выработках.
Прямые воздействия создают также сельскохозяйственные работы. Вспаханная земля в большей степени подвержена действию температуры, кислорода, атмосферной влаги, микроорганизмов и др.
Косвенное воздействие техногенеза на агенты и среду выветривания может усиливать или ослаблять ход и результаты естественных процессов. Например, активность действия воды, углекислоты и температуры возрастает в условиях техногенеза, а кислорода и солнечной радиации — убывает. В настоящее время более половины площади суши захвачено выветриванием техногенного характера. Максимальная глубина его развития определяется глубиной проникновения горных работ.
Водная эрозия является геологическим процессом, получившим в последнее время весьма интенсивное развитие. Деятельность человека изменение рельефа, растительности, водного режима, микроклимата и т.п. — способствует интенсификации эрозии путем активизации действующих и создания новых факторов и условий разных видов эрозии, среди которых плоскостной и линейной принадлежит ведущая роль.
Развитие плоскостной эрозии связано преимущественно с земледелием. Линейная эрозия — оврагообразование, дорожная, ирригационная и речная эрозия - обусловлена как сельскохозяйственными работами, так и развитием городов, горнопромышленных и других предприятий.
Техногенные воздействия способствуют также развитию ветровой эрозии, в которой дефляции (выдуванию) принадлежит ведущая роль. Эоловая деятельность в наибольшей степени приурочена к среде обитания человека, поскольку техногенез — уничтожение растительности, распашка земель, осушение грунтов, устройство террас, насыпей и т.д.— активизирует работу ветра. Имеются огромные территории, благоприятные для развития эоловых процессов. Движущиеся пески, пыльные бури приобретают в последние годы стихийный характер, наносят большой ущерб народному хозяйству.
Морская абразия, активизированная вмешательством человека в естественные процессы, приобретает широкое распространение. Способствуют абразии такие явления, как резкое снижение твердого стока в море, истощение источников естественного питания пляжей, использование песчано-галечного материала для хозяйственных нужд и др. Размыв берегов усиливается, сокращаются площади пляжей. Скорость разрушения берегов в настоящее время достигла 4-6 м/год. Масштабы морской абразии значительно возросли, и около 40 — 60 % протяженности морских побережий подвержены ей.
Техногенные воздействия — добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием, подземное строительство, интенсивное использование подземных вод, уничтожение растительного покрова, сброс сточных вод и т.д. - вызывают и способствуют развития процессов карстообразования. Усиленный техногенезом карст отличается от природного большей скоростью развития и интенсивностью проявления, меньшей площадью и глубиной распространения. Техногенный карст широко развит в карбонатных, гипс-ангидритных и соляных породах.
Тесно связаны с техногенными воздействиями на естественные геологические процессы такие геодинамические явления, как осыпи, обвалы и оползни. Осыпи активно развиваются в искусственных обнажениях карьеров, строительных котлованов, дорожных выемок и насыпей.
Движение осыпей по склонам и откосам вызывается при этом сбросом сточных вод, снега, вибрациями, взрывами и т.д. Возникновению обвалов способствует подрезка склонов, вырубка лесов, взрывные работы, воздействие искусственных водоемов, неправильное ведение горных и строительных работ.
Деятельность человека активна содействует образованию оползней. Считают, что около 80% современных оползней имеют техногенную природу. Непосредственно причинами оползней могут быть: подрезка склонов и откосов, чрезмерное нагружение их в связи со строительством, обводнение и увлажнение, взрывные работы и др. Интенсификация оползневых явлений требует принятия действенных мер по их предотвращению и ограничению вредных последствий.
Технологическое развитие цивилизации стало носить катастрофически быстрый, а по меркам геологического времени - взрывной характер. Индустриальная революция в мире привела к глобальному вмешательству человека в литосферу, прежде всего при добыче полезных ископаемых. Так, например, количество только механически извлекаемого человеком материала в литосфере Земли при добыче полезных ископаемых и строительстве превышает 100 миллиардов тонн в год, что примерно в четыре раза больше массы материала, сносимого водами рек в океаны в процессе денудации, размыва суши. Ежегодный объем наносов, перемещаемых всеми текучими водами на земной поверхности, составляет не более 13 км3, то есть в 30 раз меньше, чем перемещается горных пород при строительстве и добыче полезных ископаемых . При этом надо иметь в виду, что суммарная мощность производства в мире удваивается каждые 14 - 15 лет. То есть антропогенная деятельность по своим масштабам и интенсивности стала не только соизмеримой с природными геологическими процессами, но существенно их превосходит. С каждым годом интенсивность воздействия человека на литосферу все более и более возрастает.
Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, в настоящее время подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. В процессе преобразования литосферы человек (по данным на начало 90-х гг.) извлек 125 млрд. т. угля, 32 млрд. т. нефти, более 100 млрд. т. других полезных ископаемых. Высота терриконов достигает 300 м, горных отвалов — 150 м; глубина шахт, пройденных для добычи золота, превышает 4 км. (Южная Африка), нефтяных скважин — 6 км. Если к 1985 году суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.), составляла около 8%, то к 1990 году она превысила 10%, а в 2000 году - 15%, Из-за недостатка площадей в городах человек все в большей степени осваивает и использует подземное пространство (метро, переходы, тоннели, хранилища, архивы). Полезные ископаемые добываются все с большей глубины. Растет число шахт и карьеров глубокого заложения, увеличивается глубина буровых скважин (достигших отметки 12 км).
На огромных площадях поверхности Земли и в ее недрах происходит активизация различных неблагоприятных геологических процессов и явлений (оползней, селей, подтопления и заболачивания территорий, засоления почв и т.п.), которые были вызваны или активизированы человеком, часто его неразумной хозяйственной деятельностью. Такие процессы искусственного, а не естественного происхождения стали называть инженерно-геологическими. Они ровесники человеческой цивилизации, и по мере углубления экологического кризиса масштабы их проявлений на Земле все более возрастают. Инженерно-геологические процессы идут одновременно с природными геологическими процессами, но их интенсивность, концентрация, частота проявления и другие параметры существенно превышают аналогичные природные.
49. Математическое моделирование глобальных биосферных процессов.
50. Экология и биология окружающей среды.
Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы.
Два альтернативных определения данной науки:
- Экология — познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды… Одним словом, экология — это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование. [2]
- Экология — биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях.
Второе определение дано на 5-м Международном экологическом конгрессе (1990) с целью противодействия размыванию понятия экологии, наблюдаемому в настоящее время. Однако это определение полностью исключает из компетенции экологии как науки аутэкологию (см. ниже), что в корне неверно.
Современный этап эксплуатации подземных вод в нашей стране характеризуется двумя отличительными признаками: а) интенсификацией отбора подземных вод из недр Земли для целей централизованного водоснабжения и орошения крупных массивов; б) концентрацией водоотбора системами, крупных водозаборных сооружений, сосредоточенных на сравнительно небольших площадях.
Интенсивная эксплуатация подземных вод системой сосредоточенных крупных водозаборов всегда формирует в той или иной степени целый комплекс техногенных процессов, влияние которых и приводит к значительному изменению гидрогеологических и инженерно-геологических условий в сфере влияния водозаборного сооружения.
Под техногенными процессами следует понимать тесно связанные между собой гидрогеологические, инженерно- геологические, геокриологические, биогидрогеохимические процессы, формирующиеся под влиянием инженерной деятельности человека и влияющие на свойства основных компонентов геологической среды (горные породы, подземные воды, газы, микроорганизмы) и нередко на окружающую среду в целом. По академику Е. В. Ферсману, совокупность проявления техногенных процессов приводит к формированию в верхней части земной коры различного профиля техногенеза.
Из многочисленных техногенных процессов, формирующихся на водозаборном участке, относительно изученными являются процессы, характеризующие нарушение режима взаимосвязи подземных и поверхностных вод, развитие на водозаборном участке депрессионной воронки, механизм снижения пластового давления продуктивного напорного горизонта, процессы вторичной консолидации осушенных рыхлых пород и др. Для прогнозной оценки этих техногенных процесов в настоящее время разработаны приближенные гидродинамические методы: а) аналитических расчетов; б) методы моделирования процессов на современных АВМ и ЭЦВМ. Механизм формирования таких техногенных процессов, как суффозионно-карстовые, фильтра- ционно-суффозионные, процессы окисления, биогеохимические процессы и др., изучен очень слабо, методика прогнозной оценки их в настоящее время не разработана, что несомненно, затрудняет прогнозирование этих процессов и своевременное принятие мер защиты от негативного их воздействия на окружающую среду. В этом направлении требуется проведение специальных научно-методических исследований.
При разведке подземных вод очень важно заблаговременно прогнозировать масштабы возможного негативного влияния техногенных процессов, на изменение основных компонентов окружающей среды. В этом отношении целесообразно все известные крупные водозаборные сооружения подразделить на три основные группы: 1) расположенные в долинах рек или вблизи водоемов (озер или водохранилищ), дебит которых формируется преимущественно за счет привлекаемых ресурсов (береговая инфильтрация поверхностных вод); 2) на площади бассейнов безнапорных трещинно-карстовых вод карбонатных пород; 3) на площади изолированных от поверхности артезианских горизонтов, где дебит водозаборов формируется преимущественно за счет отбора упругих запасов напорных вод. Как показывает опыт, при эксплуатации первой группы водозаборных сооружений обычно наблюдаются незначительные изменения окружающей среды. На участках инфильтрационных водозаборов, как правило, очень быстро устанавливается стационарный режим фильтрационного потока; размеры воронки депрессии (сферы влияния) составляют единицы или первые десятки квадратных километров. В таких гидрогеологических условиях техногенные процессы наиболее существенное влияние могут оказать на изменение свойств собственно геологической среды: кольматация и заиление русловых отложений реки, ухудшение ландшафтных условий, изъятие части поверхностного стока и др. В случае загрязнения поверхностных вод устойчивыми химическими компонентами может ухудшиться качество подземных вод на водозаборном участке.
Вместе с тем .в долинах рек, не имеющих постоянно действующих поверхностных водотоков, когда отсутствует питание подземных вод, депрессионная воронка при эксплуатации групповых водозаборов может развиваться на больших площадях (несколько десятков квадратных километров). В таких условиях отмечается существенное влияние процессов дренирования на режим почвенной влаги, в том числе в прилегающих лесных массивах, что отражается на ландшафтных условиях в целом.
При эксплуатации водозаборных сооружений второй группы весьма интенсивно развиваются суффозионно-карстовые процессы — образование на поверхности воронки обрушения и, как следствие, деформация поверхностных сооружений и подземных коммуникаций.
Наиболее интенсивного изменения окружающей среды можно ожидать при эксплуатации водозаборных сооружений третьей группы. В период сработки упругих запасов четко выражается, тенденция постоянного снижения пьезометрических уровней напорных вод; при этом депрессионная воронка нередко достигает по площади нескольких сот квадратных-километров, оказывая существенное влияние на формирование таких техногенных процессов, как депрессионное уплотнение песчано-глинистых пород, перекрывающих продуктивные водоносные горизонты напорных вод, процессов взаимодействия между водоносными горизонтами и др. Однако в условиях, когда проявляются процессы взаимодействия между водоносными горизонтами (процессы перетекания со стороны вышележащих водоносных горизонтов и поверхностных вод), на водозаборных сооружениях, расположенных на площади артезианских бассейнов, значительно снижается общая степень воздействия эксплуатации подземных вод на окружающую среду (стабилизируется площадь депрессионной воронки, снижается дренирующее влияние водозабора на окружающую среду, на участке формируется стационарный режим фильтрационного потока).
Рассмотрим весьма кратко механизм некоторых техногенных процессов и их влияние на изменение основных компонентов окружающей среды. 1. Изменение режима взаимосвязи подземных и поверхностных вод. Наиболее часто оно проявляется на действующих водозаборных сооружениях инфильтрационного типа, на долю которых в нашей стране приходится примерно до 62 % всего отбора подземных вод.
В ненарушенных условиях речные долины играют роль естественных дрен, а водоносные аллювиальные образования — регулировочных емкостей. Эксплуатация инфильтрационных водозаборов всегда приводит к нарушению естественного режима взаимосвязи подземных и поверхностных вод, при этом наибольшее влияние водоотбор может оказать на режим речного стока. Это влияние неоднозначно. Оценка влияния отбора подземных вод на изменение расхода поверхностного водотока является весьма важной задачей при определении общих водных ресурсов той или иной территории и составлении водохозяйственных балансов. Сокращение речного стока и его изменение во времени определяются многими факторами. В паводковый период отбор подземных вод вообще может не сказаться на режиме поверхностного стока. Таким образом, при эксплуатации инфильтрационных водозаборов должна решаться задача о рациональном комплексном использовании подземных и поверіхностньїх вод. В некоторых случаях поверхностные воды могут иметь техногенное загрязнение. Тогда может возникнуть задача по прогнозной оценке возможного загрязнения подземных вод на водозаборном участке.
Все особенности изменения поверхностного стока при эксплуатации инфильтрационных водозаборов необходимо учитывать при разведке и оценке эксплуатационных запасов подземных вод. В настоящее время разработаны аналитические решения, позволяющие прогнозировать изменение режима поверхностного стока при эксплуатации подземных вод в речных долинах, находящихся в достаточно простых гидрогеологических условиях (см. гл. 22); в сложных гидрогеологических условиях для этих целей следует применять хорошо разработанные методы математического моделирования.
2. Влияние отбора подземных вод на ландшафтные условия не всегда является однозначным. В одних случаях отбор подземных вод способствует осушению прилегающих переувлажненных земель (заболоченных территорий), предотвращает процессы вторичного засоления почв при орошении земель, в других— интенсивная эксплуатация подземных вод может вызвать негативные последствия в окружающей среде. Снижение уровня подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта, связанное с отбором подземных вод, может привести к иссушен нию почвенного покрова, а следовательно, к угнетению или даже к гибели растительности, переосушению прилегающих сельскохозяйственных угодий, обмелению озер, мелких рек и т. д. Все это может коренным образом повлиять на изменение ландшафтных условий территорий. В связи с этим в подобных случаях возникает необходимость учета экологических последствий отбора подземных вод из недр Земли и разработки комплекса защитных мероприятий по компенсации негативных последствий. В настоящее время научные основы и методы прогнозной оценки влияния интенсивного отбора подземных вод на окружающую среду только начинают разрабатываться. Эта проблема является комплексной: в ее решении должны принимать участие специалисты в области гидрогеологии, инженерной геологии, биологии, географии, почвоведения, ирригации и других наук, изучающих условия природопользования. В целом проблема влияния отбора подземных вод на ландшафтные условия требует проведения фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований.
Читайте также: