Адрианова Гидрогеологические аспекты оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) при проектировании промышленных площадок

Геоэкология урбанизированных территорий. Сб. тр. Центра Практической Геоэкологии //
Под ред. В.В.Панькова, С.М.Орлова - М.: ЦПГ, 1996.-108с.

| Оглавление | Рефераты статей | Русско-Английский геоэкологический словарь |

А.О. Адрианова

Гидрогеологические аспекты оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) при проектировании промышленных площадок.

Строительство и реконструкция промышленных площадок требуют создания инженерного проекта обосновывающего техническую и экономическую целесообразность строительства. До недавнего времени в процессе проектирования практически не уделялось внимания оценке воздействия на окружающую среду (ОВОС), поскольку существовало мнение, что ОВОС будет препятствовать развитию инженерного проекта. Однако это произойдет только в случае, когда ОВОС будет предпринята после создания проекта и/или начала строительства. Вместе с тем, проведение подобной оценки на ранних этапах планирования и обоснования осуществимости поможет не только устранить нежелательные задержки, но и сравнить альтернативные процессы, затраты сырья, варианты размещения и т.п.

В настоящее время потребность в ОВОС признается все возрастающим числом стран, и многие из них приняли или принимают законодательные акты, регламентирующие подобную оценку. В России в 1994 году было выпущено “Положение...” [8], определяющее ОВОС. Согласно этому документу результаты ОВОС должны раскрывать: цель и необходимость намечаемой деятельности; способы ее осуществления; реальные альтернативы, включая “нулевой” вариант (отказ от проекта); характеристики современного состояния окружающей среды на данный момент в районе размещения; виды и уровни воздействия на окружающую среду намечаемой деятельности по предложенному и альтернативному варианту в условиях нормальной эксплуатации и в аварийных ситуациях; изменяющиеся параметры окружающей среды в случае осуществления рассмотренных вариантов, а также социально-экономические последствия, вызванные экологическими причинами; меры по уменьшению отрицательного воздействия и снижению вероятности аварийных ситуаций (экологического риска); данные об остаточных уровнях воздействия и методы контроля.

Существующее “Положение...” определяет основные направления проведения ОВОС. Однако нужно отметить, что в настоящее время недостаточно разработаны методики специальных исследований для ОВОС, необходимость создания которых связана с тем, что исходный материал, полученный в результате исследований, проведенных для проектирования, нацелен, как правило, на инженерно-техническое обоснование проекта, и не соответствует целям ОВОС.

При исследованиях в этом направлении, по нашему мнению, важно учитывать, что любое изменение одного компонента экосистемы неизбежно отразится на состоянии остальных компонентов. Например, загрязнение атмосферы промышленными выбросами приводит к выпадению загрязненных атмосферных осадков, накоплению загрязнителей в почвах, породах зоны аэрации, подземных и поверхностных водах, растениях, попаданию загрязнителей в организмы человека и животных.

Также важно и то, что степень воздействия и его границы для различных компонентов экосистемы будут не одинаковы в силу особенностей самих промышленных объектов и различной структуры компонентов окружающей среды.

Сразу нужно отметить, что вопрос о структуре компонентов экосистемы является в настоящее время одним из наиболее сложных и плохо разработанных в науке. Некоторое представление об этой структуре может дать рис 1.

Так как оценка воздействия на окружающую среду основана на прогнозных задачах важную роль при их решении играют модели описывающие связи между естественными или искусственными факторами воздействия, параметрами среды и следствиями, т.е. искомыми изменениями компонентов экосистемы.

Для различных компонентов экосистемы: воздушного бассейна, поверхностных и подземных вод, почв, флоры и фауны такие модели имеются, но их математическое и логическое выражение весьма различно. В самых простых случаях - это алгебраические или дифференциальные уравнения, представляющие детерминистические связи; стохастические зависимости, описывающие вероятностные связи; картографические модели и модели концептуальные, существующие для наиболее сложных и/или наименее изученных природных процессов.

Объединение этих разнородных моделей в единую систему чаще всего оказывается невозможным. Поэтому ОВОС проводится покомпонентно, а затем методами экспертного рассмотрения с применением относительных и балльных мер вырабатывается интегральная оценка.

Интегральная характеристика может получиться, например, с помощью метода матриц [1].

Так как до настоящего времени не предложено более точных и репрезентативных методов ОВОС для общей оценки экосистемы, представляется перспективным все более тщательное обоснование частных покомпонентных моделей, относящихся, например, только к загрязнению воздуха или воды, а также разработка и теоретическое исследование моделей межкомпонентного взаимодействия, которые бы позволили объединить покомпонентные модели как математически, так и картографически.

Наличие связей в экосистеме может помочь оценке состояния нескольких ее компонентов по состоянию одного, наиболее чутко реагирующего на воздействие со стороны промышленного предприятия. В этой связи на одно из первых мест выдвигаются исследования воздействия на подземные воды, так как они являются одним из наиболее динамичных компонентов экосистемы. Кроме того, большинство промышленных объектов расположено в пределах городов, которые часто имеют близко расположенные водозаборы подземных вод и, следовательно, промышленные площадки находятся над воронками депрессии. В данной ситуации подземные воды занимают низший энергетический уровень в экосистеме и как бы являются приемником всех изменений в ней, т.е. качество и ресурсы подземных вод представляют собой самый надежный и представительный индикатор неблагополучного состояния (истощения и загрязнения) экосистемы в целом.

Воздействие промышленных предприятий на подземные воды чаще всего выражается в загрязнении последних. Причем обычно проникновение загрязнителей происходит в результате утечек из различных технологических емкостей и канализации, а также промывки загрязненных почв и пород зоны аэрации атмосферными осадками, которые так же, как правило, загрязнены.

Как следует из СНиП 2.04.03-85, инфильтрация грунтовых вод внутрь канализационного коллектора, в принципе, допускается, а эксфильтрация не допускается, однако конструкция стыков канализационных труб, с одной стороны, и изменяющиеся по сезонам соотношения напоров жидкости в коллекторе и в грунтовых водах с другой, способствуют проникновению сточных вод в грунтовый горизонт. Например, работами И.С.Пашковского [6] определено, что, в среднем, для территории Москвы утечки из подземных водонесущих коммуникаций составляют от 3,8 до 4,2% от расхода канализационных коллекторов. При этом замечено, что на промышленных площадках и в пределах старой селитебной застройки эта доля существенно больше и может достигать 15%.

Так как на промышленных площадках обычно отсутствуют данные об утечках и сведениях о балансе сточных вод бывают неточными, при проведении оценки воздействия следует ориентироваться на наиболее неблагоприятные условия формирования загрязнения.

Роль загрязненности почвенного слоя и пород зоны аэрации в загрязнении грунтовых вод изучена слабо, хотя можно полагать, что она весьма значительна и пренебрегать ею никак нельзя. Об этом свидетельствуют фактические данные о загрязнении почвенного слоя и накоплении в нем веществ антропогенного происхождения. Например, по данным Г.В. Богомолова в районе калийных комбинатов содержание минеральных солей в метровом слое почвы достигало 150-180 т/га при фоновом содержании 2-5 т/га [1].

На территории одного из фенольных заводов породы до глубины 15-17 м загрязнены фенолами, маслами и другими соединениями с содержанием этих веществ до 3000 мг в 1 кг почвы [1].

Уровень поступления загрязняющих веществ в почву определяется внешними факторами, а дальнейшее их распределение - внутренними почвенно-химическими условиями. В почвах с нейтральной реакцией среды гумусовыми веществами может связываться большое количество меди, цинка, марганца [2]. В кислых же почвах эти вещества практически не связываются и, следовательно, мигрируют к подземным водам. При любых значениях рН так же практически не связываются такие элементы как бор, хлор, йод, бром, сера, ванадий, уран [10].

Подвижность химических веществ в почве определяют два показателя. Один из них характеризует уровень концентрации вещества в почвенном растворе, другой - запас подвижных соединений в составе твердых фаз. В почве существует некоторое стационарное состояние; между соединениями первой и второй групп устанавливается динамическое равновесие. Состояние равновесия зависит от свойств загрязняющего вещества, внутрипочвенной обстановки, а так как эта обстановка в соответствии с природой конкретной почвы может изменяться в определенных пределах, то равновесие между рассматриваемыми группами соединений может сдвигаться.

Благодаря существованию равновесных систем с участием загрязняющих веществ, концентрация последних в почвенном растворе имеет тенденцию поддерживаться на постоянном уровне. Следовательно, можно говорить о способности почв сопротивляться загрязнению, буферной способности почв по отношению к загрязняющим веществам и об устойчивости почв по отношению к загрязняющим веществам [5].

Однако буферная способность почв по отношению к промышленным загрязнителям небеспредельна, так как накопление в почве токсикантов и продуктов их взаимодействия с минеральными и органическими компонентами приводит к изменению ее химического состава и физико-химических свойств, изменению активности микробиологической трансформации веществ в почве [2]. Причем время полного насыщения почв и пород зоны аэрации такими компонентами как ионы Cl, SO4, Na - достаточно невелико и определяется первыми сотнями суток (около года) [4]. Накопление же других веществ, например, тяжелых металлов может происходить в течение более длительного времени (до 50-60 лет) [3].

Таким образом, при рассмотрении воздействия на подземные воды, в результате промывки почв и пород зоны аэрации атмосферными осадками, мы наталкиваемся на необходимость либо очень тщательного изучения загрязнения почв, которое требует постановки специальных исследований, либо на необходимость проведения заранее завышенной по степени опасности оценки воздействия, которая заключается именно в игнорировании буферных свойств почвы. Второй подход, вероятно, может быть использована промышленных площадках, где воздействие достаточно длительное и интенсивное и можно считать, что почва исчерпала свои буферные способности. Однако это предположение пока недостаточно проверено и требует проведения дополнительных исследований.

Одной из важнейших задач оценки воздействия на подземные воды проектов расширения и реконструкции промышленных площадок является прогноз изменения качества вод, составной частью которого является прогноз миграции загрязнения в них.

Процессы взаимодействия с пластовыми водами и породами влияют на условия миграции загрязняющих веществ в подземных водах, фильтрационные свойства пород, свойства загрязняющих веществ в подземных водах. Эти же процессы, особенно сорбция и диффузия вещества в слабопроницаемые отложения, способствуют уменьшению концентрации загрязнения в подземных водах, обуславливая тем самым как бы самоочищение загрязненных подземных вод.

По признаку характерного миграционного процесса можно выделить следующие модели движения загрязненных вод в пласте: поршневое вытеснение, дисперсия границы раздела, гравитационная деформация границы раздела, диффузионный перенос в слабопроницаемые отложения. Эти модели могут быть использованы при проведении оценки воздействия в зависимости от конкретных природных условий и решаемой задачи.

В качестве примера гидрогеологических исследований при проведении ОВОС в данной работе рассмотрен завод “Радиатор”, расположенный в г.Оренбурге. Понятно, что этот конкретный пример не исчерпывает всего разнообразия условий и проблем, но в то же время он является достаточно типичным для экологического проектирования.

Завод “Радиатор” находится в центральном районе г.Оренбурга и располагается на трех площадках. Наибольшей техногенной нагрузке подвергается территория лощадки 1, на которой находятся основные цеха, очистные сооружения, наиболее развита канализационная сеть (рис.1), поэтому здесь будет рассмотрена именно эта территория.

Площадка 1 расположена в пределах Урало-Сакмарского водораздела. Основной особенностью геологического строения данной территории является то, что четвертичные отложения, залегающие на песчаниках татарского яруса, имеют небольшую мощность (1-9м) и в верхней части разреза представлены просадочными лессовидными суглинками мощностью от 4 до 7 м; ниже в разрезе четвертичных отложений вскрываются пески, глины, галечники, залегающие в виде мелких линз и прослоев (рис 2).

Первый от поверхности водоносный комплекс приурочен к песчаным отложениям татарского яруса верхней перми и вскрывается на глубинах около 25 м. По химическому составу воды хлоридные натриевые с минерализацией 1,4 г/л, и сульфатно-гидрокарбонатные натриевые с минерализацией 1,1 г/л (Названия химического типа воды даны в соответствии с классификацией К.Е. Питьевой [7]).

Для оценки воздействия на грунтовые воды утечек из коммуникаций и оборудования завода “Радиатор” было необходимо оценить их величину.

Согласно балансовой схеме, забор воды из городского водопровода для нужд завода в настоящее время составляет 1785 м3/сут. Так называемые безвозвратные потери - 800 м3/сут.

Потери воды могут формироваться за счет испарения и утечек. Так как специальные наблюдения, позволяющие определить величину утечек и испарения, на заводе не проводятся, они были оценены с использованием СНиП 02.04.-86 “Водоснабжение. Наружные сети и сооружения”, согласно которому испарение воды в градирнях составляет от 2 до 4% от общего расхода оборотной воды, а также с использованием данных Государственного водного кадастра за 1980 год для р.Урал, определяющего величину испаряемости с единицы площади. Полученная величина испарения (123 м3/сут) составила 15% от общего числа потерь. Можно считать, что остальные потери воды происходят в результате утечек.

Говоря о точности предлагаемых оценок, следует иметь в виду, что в данной оценке не учтена естественная временная изменчивость (режим) метеорологических характеристик. Естественная изменчивость величины испарения может достигать 25%, точность определения площадей с открытой водной поверхностью определяется исходным масштабом генерального плана. Отсюда следует, что возможная точность предлагаемых оценок не может быть более чем 40-50%.

Следует заметить, что элементы балансовой схемы так же определяются с большой погрешностью, поскольку на заводе измеряется лишь расход поступающей из города воды, а расходы же сточных вод рассчитываются в соответствии с техническими данными оборудования и установок.

Так как специальных фильтрационных исследований в процессе изысканий на заводе не проводилось, оценивая вертикальную проницаемость покровных отложений пришлось исходить только из литературных данных [9].

Наиболее вероятной величиной коэффициента фильтрации (Кф) для супесей и легких лессовидных суглинков, которые слагают территорию площадок завода, нами было принято значение 0,1 м/сут. Поскольку оценка давалась как среднемноголетняя и была нацелена на проверку правдоподобности расчетных величин, была использована наиболее простая зависимость, описывающая нисходящую фильтрацию на поверхность грунтовых вод - закон Дарси, позволивший рассчитать, что площадь поверхности, через которую происходит фильтрация потока с расходом 800 м3/сут., должна быть равна 8000 м2, а площадь территории площадки 1 завода - 65000 м2, то есть зона аэрации способна пропустить такое количество воды. Поэтому вполне можно считать, что практически все потери воды происходят в результате утечек. Нужно отметить, что зона аэрации на территории площадки имеет неоднородное строение, следовательно, проводимость разных ее участков будет неодинакова, то есть вероятно образование отдельных загрязненных областей в подземных водах, приуроченных к наиболее проницаемым зонам.

В данном случае для качественной оценки защищенности грунтовых вод удобно использовать карты, на которых показываются наиболее уязвимые участки. Оценка защищенности (по В.М.Гольдбергу) в общем случае дается на основе четырех показателей: глубины залегания уровня грунтовых вод (мощности зоны аэрации); строения и литологии пород зоны аэрации; мощности слабопроницаемых отложений в разрезе зоны аэрации фильтрационных свойств пород зоны аэрации и прежде всего слабопроницаемых отложений.

Качественная оценка природной защищенности грунтовых вод может быть выполнена на основе сопоставления выделенных категорий защищенности (рис 1,2).

Так как специальных исследований массопереноса загрязняющих веществ в почве и породах зоны аэрации на территории АО “Радиатор” не проводилось для оценки воздействия на подземные воды были использованы результаты изучения этого процесса в лессовидных суглинках близких к оренбургским по строению и генезису, которые показали, что в начальный период фильтрации загрязненных вод через почвы и породы зоны аэрации не все загрязнение достигает уровня грунтовых вод, так как происходит интенсивное поглощение загрязняющих компонентов грунтом [4]. Но так как поступление токсикантов в почву от источников завода “Радиатор” и других источников загрязнения города происходит уже на протяжении многих лет можно предположить, что почва на территории площадок АО “Радиатор”, так же как и в санитарно-защитной зоне потеряла свои буферные (емкостные) свойства и можно рассматривать схему непосредственного поступления загрязняющих веществ из атмосферного воздуха на поверхность грунтовых вод без учета емкости и буферных свойств почв и пород зоны аэрации. Применение такой “жесткой” модели позволяет провести ОВОС с максимальным запасом прочности.

Для количественной оценки этого процесса мы попытались сравнить массовый расход “бытового” потока грунтовых вод (М1) с массовым расходом нейтрального загрязняющего компонента (иона хлора) (М3), поступающего к ним (рис.3).

Массовый расход определялся по формуле: М = Q * C, где Q - расход потока, определяемый по формуле Дарси; С - концентрация веществ.

Полученная величина массового расхода “бытового” потока (М1) равна 1080 кг/сут, а вертикального потока (М3) - 50 кг/сут, таким образом, поступление хлора из атмосферных осадков составляет 4,5% от общего количества этого вещества в грунтовых водах, то есть оно является весьма незначительным и, следовательно, не может оказывать существенного влияния на грунтовые воды. Однако следует учитывать, что точность исходных данных, используемых в расчетах, невысока, так как такие величины как коэффициенты фильтрации, концентрация хлора в атмосфере, определялись из литературы, а площадь промышленной площадки, не занятая под застройку (Sсв) и ширина площадки - с использованием генерального плана завода. Точность исходных данных не могла не отразиться на точности конечного результата, то есть полученная оценка может считаться лишь приблизительной. Для получения более достоверного результата необходимо проведение специальных исследований.

Оценка вышеописанными методами воздействия завода “Радиатор” на подземные воды до и после реконструкции позволило сделать вывод, что расширение основного производства завода повлечет за собой изменения благоприятные с экологической точки зрения, так как в проекте предусмотрен ряд мероприятий направленных на снижение выбросов в атмосферу, совершенствование систем очистки сточных вод, уменьшение потребления воды из городского водопровода и более рационального ее использования.

Выводы

1. Изучению воздействия на подземные воды при проведении оценки воздействия должно уделяться значительное внимание. Это связано с тем, что подземные воды можно считать компонентом экосистемы наиболее чутко реагирующим на любое воздействие со стороны промышленного предприятия, так как они являются одним из наиболее динамичных ее компонентов. Кроме того, в промышленных городах, которые часто имеют близкорасположенные водозаборы подземных вод, заводские площадки находятся над воронками депрессии. В данной ситуации подземные воды занимают низший энергетический уровень в экосистеме и как бы являются преемником всех изменений в ней, то есть качество и ресурсы подземных вод представляют собой индикатор неблагополучного состояния экосистемы в целом. Следовательно, изучив состояние подземных вод и используя модели межкомпонентного взаимодействия, можно будет оценить состояние остальных компонентов экосистемы.

2. Проведенные исследования показали актуальность разработки методики специальных исследований для ОВОС, в том числе для оценки воздействия на подземные воды, так как исходный материал, полученный в результате предшествующих ОВОС исследований, нацелен, как правило, на инженерно-техническое обоснование проекта, что значительно осложняет проведение оценки воздействия. В данном случае целесообразно проведение заранее завышенной по степени опасности оценки воздействия, которая должна ориентироваться на наиболее неблагоприятные условия формирования загрязнения и проводиться с использованием наиболее “жестких” схем, которые позволяют получить необходимый запас прочности в инженерных расчетах.

Литература

1.Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. - Л., 1987.
2.Гришина Л.В. Воздействие тяжелых металлов на биогеоценозы//Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы. Материалы 2 всесоюз. конфер., часть 2. М., 1988.
3.Малахов С.Г.,Сенилов Н.Б.,Зырин Н.Г. Расчеты предельно допустимых выбросов металлов в атмосферу и их содержание в почве//Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы. Материалы 2 всесоюзной конференции, часть 2. М., 1988.
4.Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения/Под ред.И.К.Гавич.-М., 1985.
5.Мотузова Г.В. Устойчивость почв к химическому загрязнению//Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы.Материалы 2 всесоюз. конфер., часть 2. М., 1988.
6.Пашковский И.С. Методы определения инфильтрационного питания по расчетам влагопереноса в зоне аэрации. - М., 1985.
7.Питьева К.Е. Гидрогеохимия. - М., 1988.
8.Положение об оценке воздействия на окружающую среду в Российской Федерации. Утв.Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ18.07.94 N222.
9.Справочник гидрогеолога / Под ред. М.Е. Альтовского. - М., 1962.
10.Химия окружающей среды / Под ред. Дж.О.М. Бокрис. - М., 1982

| Оглавление | Рефераты статей | Русско-Английский геоэкологический словарь |

ВНИМАНИЕ! Частичное или полное воспроизведение материалов данного сборника является объектом авторского права и может быть осуществлено только при условии использования ссылки на первоисточник: Геоэкология урбанизированных территорий. Сб. тр. Центра Практической Геоэкологии // Под ред. В.В.Панькова, С.М.Орлова - М.: ЦПГ, 1996.-108с.

Тел./факс: (495) 660-1520