Инженерно-экологическая оценка загрязнения геологической среды при строительстве полигона твердых бытовых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Инженерная геодинамика призвана решать вопросы строительства сооружений и освоения территорий в особых геологических условиях, разрабатывать теоретические основы охраны территорий и прогноза геологических процессов, и явлений.

Задачами инженерной геодинамики следует считать разработку научных основ и методов управления геологическими процессами и рационального использования территорий.

Целью работы является выбор методов, составление прогноза загрязнения подземных вод, почв и грунтов фильтратом, уточнение геологического строения и гидрогеологических условий. Перспективность выдвигаемых положений проверяется на примере прогноза загрязнения подземных вод.

Для достижения указанной цели были решены такие основные задачи:

1) Оценено современное состояние проблемы загрязнения территорий свалками, рассмотрен характер загрязнения основных компонентов

2) Анализ и оценка природных условий района исследований;

3) Анализ и оценка взаимодействия инженерного сооружения с геологической средой;

4) Инженерно-геологическая характеристика участка и оценка основных компонентов геологической среды.

5) Исследованы интенсивность и границы пространственного распространения фильтрата;

6) Прогнозные инженерно-геологические, гидрогеологические, геоэкологические расчеты.

Они экспериментально подтверждены и взяты в качестве критериев прогноза; с учетом имеющихся на современном этапе результатов исследований загрязнения отмеченных компонентов среды, в качестве критериев прогноза взяты переменные, которые характеризуют фильтрационные свойства пород; выбраны методы прогноза загрязнения основных компонентов геологической среды (поверхностных и подземных вод, грунтов и пород)

В процессе работы были проанализировал результаты бурения скважин и химических анализов проб воды, почв, горных пород. Выполнен анализ опубликованных и фондовых источников по оценкам и прогнозам загрязнения отмеченных компонентов геологической среды продуктами разложения ТБО на полигонах. В работе также использованы данные фондовых и нормативных материалов.

Выполнены исследования, сформулированы представления об основных природных и техногенных факторах, обусловливающих строение и состояние массивов пород, которые предопределяют условия загрязнения подземных вод в пределах размещения полигонов.

гидрогеоэкологический полигон строительство

1. Теоретические основы изучения, оценки и загрязнения геологической, в связи со строительством объекта

При изучении и оценке свойств геологической среды, формирования и развития техногенных процессов, необходимых для эколого-гидрогеологического обоснования мер защиты биосферы и, прежде всего, человека, выполняются экопрогнозы этих процессов различными методами.

Методы экопрогнозов важнейших техногенных эколого-гидрогеологических процессов по степени их изученности, делятся на три группы.

К первой относят наиболее изученные техногенные процессы, для которых научные основы прогнозов в настоящее время хорошо разработаны. Это процессы вторичной консолидации осушенных рыхлых пород, депрессионного уплотнения песчано-глинистых пород при снятии пластового давления в напорных водоносных горизонтах, формирования депрессионной воронки при осушении горных разработок и на водозаборных сооружениях, вторичного засоления почв на орошаемых землях, режима уровня грунтовых вод на орошаемых массивах, подтопления территорий и сооружений и др. С этими процессами связано решение ряда прикладных гидрогеодинамических и гидрогеомеханических задач.

Вторая группа охватывает менее изученные техногенные процессы, научные основы прогнозирования которых разработаны недостаточно. К ней относят группы процессов, определяющих влияние техногенеза на гидрогеохимические параметры водоносных горизонтов, подвергающихся техногенному воздействию. Это техногенное загрязнение пресных подземных вод при их эксплуатации, миграция различных загрязнений в горных породах, различных загрязнений в пластовых условиях и др.

Третья группа процессов -- качественно прогнозируемые -- мало изучены и крайне сложные, где ведущая роль принадлежит взаимодействию разнонаправленных по тепломассообмену техногенных процессов и др. К ним относится прогнозирование процессов суффозионно-карстового выщелачивания карбонатных пород и процессов взаимодействия подземных вод и горных пород с микроорганизмами и природными газами и др.

Для прогнозов первой и второй группы техногенных процессов в настоящее время используются известные гидрогеодинамические и гидрогеохимические методы (в том числе для сложных условий с применением моделирования и ЭВМ). Методика прогнозных решений геоэкологических задач с использованием названных методов подробно изложена в опубликованных работах [ 9, 10]

В практике эколого-гидрогеологических исследований чаще всего приходится сталкиваться с прогнозом наиболее сложных техногенных гидрогеохимических и радиогенных процессов, негативное влияние которых проявляется в форме химического, санитарно-бактериологического загрязнения и зараженности подземных вод.

Пример решения таких наиболее сложных геоэкологических задач на конкретном объекте рассмотрен в 5 разделе настоящого пособия.

Как показывает многолетний опыт, при эксплуатации водозаборных сооружений питьевого назначения или системы дренажа производственного назначения прогноз техногенного изменения качества воды сводится к решению следующих задач: 1) оценка возможности проникновения загрязнения в "область захвата" водозабора; 2) определение времени подтягивания загрязненных вод к участку водозабора; 3) оценка степени изменения качества подземных вод продуктивного горизонта, происходящего под влиянием техногенного загрязнения; 4) разработке рекомендаций по защите геологической среды от негативного влияния техногенных гидрогеохимических процессов, при возможном загрязнении подземных вод.

Решение этих задач для простых гидрогеологических условий можно выполнить приближенными методами расчетов; в сложных гидрогеологических условиях работы водозаборного сооружения (сложность граничных условий потока в плане, фильтрационная неоднородность продуктивной толщи и др.) целесообразно использовать метод математического моделирования.

Важнейшим фактором, определяющим условия миграции загрязнений от техногенных очагов до водозабора является гидродинамический, характеризующий наличие или отсутствие на изучаемом участке естественного движения подземных вод. В связи с этим целесообразно рассматривать методы прогноза техногенного загрязнения подземных вод на водозаборных сооружениях раздельно для условий естественного потока и бассейна, где естественная скорость потока очень мала и при расчетах ею можно пренебречь.

Расстояние, на котором могут находиться от водозабора существующие объекты возможного загрязнения, приближенно можно рассчитать по уравнению

Tq

l= -------,

mn

где T - время продвижения загрязненного потока;

m - мощность водоносного горизонта;

n - активная пористость пород;

q- удельный расход потока;

A - коэффициент, учитывающий сорбцию, и коэффициент распределения собрируемого компонента между водой и природой:

A=(l+b)/b

В случае отсутствия данных по величине коэффициента b значение l определяется приближению по уравнению

l= Tq/ Amn

Согласно рекомендации А.Е. Орадовской и Н.Н. Лапшина (1987) при проектировании линейного берегового (инфильтрационного) водозабора, расположенного от реки на расстоянии х0 и имеющего длину z, расходы потоков, поступающих со стороны реки Qp и от береговой Qб зоны, могут определяться по уравнениям :

zkm(Hр - Hв) zkm(Hк - Hв)

Qp =--------------- Qб= ------------------- ,

x0 xk-x0

где Hр и Hв - уровни воды в водозаборе и реке;

Hк - естественный уровень подземных вод на берегу на расстоянии хк от водозабора. Те же авторы предлагают определять концентрацию любогокомпонента в водах водозабора после смешения речных и береговых вод по уравнению

Qp Ср + QбСб

Сi= ------------------ ,

Qp+ Qб

где Ср, Сб - концентрации компонента в реке и береговых водах.

Время подтягивания загрязненной воды к водозабору, расположенному в удалении от реки на расстоянии чф от источника загрязнения, определяется по формуле

рmn (чф 2-ч0 2)

Т=--------------------- ,

Qв

где ч0 - радиус водозабора; Qв - его расход.

В случае перетока загрязненной воды из смежного водоносного горизонта максимальная концентрация загрязняющего компонента Сi в водозаборе напорных вод составляет

Сп (Сэ-Сп) (km)э

Сi=---------------------- ,

(km)э+(km)п

где Сэ и Сп - концентрации загрязняющего компонента в водоносных породах загрязненного и в водах эксплуатируемого горизонтов;

(km)э и (km)п - водопроводимости эксплуатируемого и питающего загрязненного горизонтов.

Для водозаборного участка, расположенного в естественном потоке, решение задачи, производится на основании учета положения в плане потока так называемой нейтральной линии тока относительно выявленного контура техногенного загрязнения подземных вод. Если очаг загрязнения располагается за пределами "области захвата" водозабора, то нет оснований ожидать техногенного загрязнения подземных вод, если в контуре "захвата", то решение таких задач возможна аналитическими и другими методами, изложенными в работах.[ ]

Время достижения загрязненными водами с постоянным расходом уровня грунтовых вод определяется по уравнению:

t=n*H/k *[m/H-ln(1+m/H)] ,

где n - пористость пород зоны аэрации,

Н - высота слоя сточных вод в хвостохранилище,

k - средний коэффициент фильтрации,

m - мощность пород зоны аэрации.

Время попадания в горные выработки вод с повышенной минерализацией вычисляется по формулам:

- при отсутствии естественного потока, т.е. в бассейне для «большого колодца»

T=рmnx12/Q,

- для траншеи

T=2рmnlnx/Q,

- в неограниченном в плане водоносном горизонте при наличии естественного потока по его направлению

T=n/Ki *[x1-xAln(x1/xA+1)];

- в полуограниченном пласте с контуром питания

T=рnmd/3Q* [2+(x1/d)3-3x1/d];

Если граница вод повышенной минерализации совпадает с кнтуром питания водоносного горизонта, то

T=2рmnd2/3Q,

где Т - время подтягивания минерализованных вод; n- активная пористость; d - расстояние от выработок до контура с постоянным напором; x1 - расстояние от контура питания до границы с минерализованными водами: xA - расстояние от центра выработок до контура минерализованных вод; i - уклон естественного потока.

Минерализация дренажных вод на любой момент времени после смещения вод для условий неограниченного бассейна определяется для «большого колодца» по зависимости

C=C0+(C1+C0)/р*arccosT/t,

где С,С1,С0 - соответственно минерализация дренажных вод на момент времени t, минерализация пресных вод и повышенная минерализация вод; T - время подтягивания первых порций воды повышенной минерализации; t - время, на которое определяется минерализация.

Прогноз техногенного изменения химического состава подземных вод при оценке миграции от загрязнителя до водозабора следует рассматривать преимущественно в виде массопереноса в подземных водах.

Массопереносом в подземных водах называют движение, при котором происходит одновременное изменение количества воды, ее минерализации и химического состава, сопровождаемое различными физико-химическими процессами (ионно-сорбционным обменом, растворением, осаждением и др.). Такое совместное изменение получило название гидрогеохимического процесса или гидрогеохимическая миграция подземных вод. Линии, проведенные на гидрогеохимических картах или разрезах перпендикулярно изолиниям минерализации (изоминам) или изолиниям содержания различных компонентов химического состава (изохорны) подземных вод, показывают направление массопереноса. При изучении массопереноса предполагается, что гидродинамика потока известна, т.е. определены градиенты и скорости фильтрации, а также расход потока подземных вод.

Перенос массы растворенного вещества подземными водами осуществляется тремя основными способами. 1) конвекцией, 2) диффузией и 3) гидродисперсией.

Конвекция (поршневое вытеснение) возникает, когда движущаяся вода одной минерализации и состава механически, как поршень, вытесняет воду, имеющую другую минерализацию и состав. Предполагается что никаких гидрогеохимических взаимодействий между этими водами, а также водами и породой не происходит. На границе фронта вытеснения происходит резкий скачок минерализаций и химического состава воды. Скорость движения этой границы полностью зависит от скорости фильтрации v потока подземных вод. Смещение Дl (в м, км) границы раздела за время t (в сут, годах) можно определить из следующей формуле:

Дl= = ,

где k, I, n0, v- соответственно коэффициент фильтрации, градиент потока, активная пористость и скорость фильтрации на участке, где идет перемещение границы раздела (фронта вытеснения).

Так, река, (Пример по И.К. Гавич) которая загрязняет напорный водоносный горизонт, представленный песками, k = 10 м/сут, nc=0,1. Средний градиент потока I в зоне влияния водозабора равен 10-4, водозабор находится на расстоянии 100 м от реки. Определить, за сколько суток загрязненная вода, имеющая М = 5 г/л, дойдет до водозаборных скважин. Используя формулу

Д l=

запишем ее относительно t.

Получим:

t=Дln0/kI.

Подставив исходные данные, найдем, что вода с минерализацией 5 г/л дойдет до водозаборных скважин через 104 сут, т.е. через 25 лет.

Процесс конвективного переноса наблюдается, например, при внедрении загрязненных речных вод в "чистые" подземные воды при их откачке водозабором, расположенном вблизи реки.

Основными параметрами процесса поршневого вытеснения являются n0 и v. При конвекции можно в обобщенном виде учесть сорбцию, тогда вместо n0 используют в расчетах nэ - эффективную пористость породы. Значения пэ могут быть самыми различными; чем сильнее выявляется влияние сорбции, тем больше эта величина и может быть больше единицы. Определяется она экспериментально.

Диффузия характеризует молекулярный перенос вещества и проявляется в тех случаях, когда скорость фильтрации v воды близка или равна нулю. Перенос компонентов, растворенных в подземной воде, идет под действием градиента их концентрации и определяется уравнением Фика, аналогичным уравнению Дарси:

Qc=DмFIc ,

где Qc - количество или поток вещества, перемещающегося через площадь поперечного сечения потока F под влиянием градиента концентрации Ic; Dm - коэффициент диффузии, зависящий от типа пород, структуры порово-трещинного пространства, влажности пород и других факторов (измеряется в м 2/сут и по физическому смыслу аналогичен коэффициенту фильтрации). Обычно он равен n10-4 м2/сут, n=1 9. Градиент концентрации определяется формулой

Iс= (С1-С2)/l ,

где С1 С2 - соответственно концентрации изучаемого компонента, измеренные в сечениях, находящихся на расстоянии l друг от друга.

Основным параметром процесса молекулярной диффузии является Dм (определяется экспериментально или по справочной литературе).

Процесс гидродисперсии более сложный и соединяет в себе как бы два предыдущих: поршневое вытеснение и сопровождающее его рассеивание вещества в порово-трещинном пространстве горных пород., возникающее вследствие неравномерной скорости движения частиц подземного раствора (молекул воды, ионов, комплексов и т.п.). В результате образуется зона дисперсии шириной 2Дхn, где наблюдается закономерное изменение концентрации компонента от С° до С0.

Если рассеивание вещества осуществляемое потоком воды, идет в порах и трещинах, то называется микродисперсией, если в слоистых толщах или трещиноватых породах, разбитых сетью крупных трещин на блоки разных размеров, - макродисперсией.

Влияние пород на характер рассеивания оценивается коэффициентом дисперсии D, измеряемым в м2/сут, который зависит от типа породы, структуры порово-трещинного пространства, размеров и формы частиц, трещин и блоков породы, скорости и направления фильтрации. Коэффициент микродисперсии равен n10-5 - n10-4 м2/сут, макродисперсии - n10-3 - n10-2 м2/сут и более. Оба коэффициента определяют экспериментально, первый в основном по лабораторным опытам, второй - по данным полевых опытов.

Решение для одномерного процесса гидродисперсии имеет следующий вид

с= = 0,5 erfcо

При

ж= ,

где С - относительная концентрация изучаемого компонента; С, С0, С°- концентрация компонента соответственно искомая, начальная в момент времени t = 0, максимальная, заданная на границе х = 0, до которой она мгновенно повышается или уменьшается (в зависимости от того, рассматривается процесс засоления, "загрязнения" или рассоления, "очищения"); erfcо- табулированная функция, аналогичная функции erfcл, равная 1 - erfо, а erfо, - известный интеграл вероятности; х - координата точки, находящейся на расстоянии х от границы, в которой определяется относительная концентрация компонента С на момент времени t.

Размер переходной зоны (зоны дисперсии) характеризуется величиной Дх, на которую передняя граница этой зоны обгоняет фронт поршневого вытеснения, находящегося на расстоянии х0 от границы, где задана концентрация С°. Половина ширины зоны дисперсии равна

Дxn=2 = 2

При

x0= vt/n0

Известны также аналитические расчеты распространения загрязнения в области захвата водозабора, изложенные в работе Е.Л. Минкина ( 12 ). При стационарном режиме фильтрации нейтральная граница возмущенного потока остается постоянной во времени и химическое загрязнение было обнаружено за пределами области захвата водозабора, то загрязнение практически не может оказать своего влияния на ухудшение качества воды на водозаборном участке, за исключением тех случаев, когда загрязнение обнаружено выше по потоку от водозабора.

Если в процессе эксплуатации загрязнение выявлено непосредственно в пределах площади захвата водозабора, то следует произвести расчет времени возможного его распространения и появления в эксплуатационных скважинах. Методика аналитического решения таких задач подробно изложена в работах В. Д. Бабушкина, И. С. Глазунова, В. М. Гольдберга, В. М. Шестакова, Ф.М. Бочевера (3, 4, 5, 7 ).

Н.И. Плотников рассматривает в этом отношении приближенное решение задач для двух наиболее характерных случаев [14].

Для линейного ряда взаимодействующих равнодебитных скважин, расположенных в неограниченном водоносном пласте на равных расстояниях друг от друга (рис.) время начала подтягивания загрязнения со стороны первоначального положения границы раздела пресных вод с загрязненными приближенно можно .определить по следующему выражению:

T= ,

где -- дебит отдельной взаимодействующей скважины; h -- мощность водоносного горизонта; п0 -- активная пористость пород водоносного горизонта.

Это уравнение действительно при

Приведенное выше уравнение отвечают таким гидрогеологическим условиям, когда водозаборное сооружение расположено на площади артезианского бассейна.

Для инфильтрационных водозаборов, расположенных в долинах рек (рис. ), время начала подтягивания к водозабору фронта загрязненных вод от очага их распространения на террасовой поверхности можно определить по следующей формуле:

T= ,

где Q -- дебит отдельной скважины линейного ряда, для которой производится определение; d, -- расстояние линейного ряда скважин от реки; l-- расстояние между скважинами; у -- расстояние от реки до контура загрязненных вод.

Применение для расчетов приведенной формулы требует выполнения следующих условий: 1) линейный ряд скважин имеет сравнительно большую протяженность; 2) дебит скважин является одинаковым; гидравлическая связь с рекой хорошая, дебит скважин обеспечивается преимущественно за счет береговой инфильтрации поверхностных вод (притоком со стороны террасовой поверхности практически можно пренебречь); 3) расстояние между скважинами в ряду одинаковое.

Если дебиты скважин линейного водозабора неодинаковы, то в расчетах можно принимать средний дебит скважин; то же относится и к расстоянию между скважинами в ряду.

В том случае, если загрязненные флюиды имеют по сравнению с пресными подземными водами более высокую минерализацию и распространены на значительной площади, прогнозную оценку возможного изменения минерализации вод продуктивного горизонта можно выполнить (для линейного водозабора в неограниченном пласте) с использованием следующего уравнения:

С = С0+

где С0 -- минерализация пресных подземных вод; С1 -- минерализация загрязненных (соленых) вод; Т -- время начала подсоса соленых вод; определяется по формуле; t -- расчетный момент времени, для которого определяется минерализация воды в водозаборных скважинах. При этом

b=

Следует иметь в виду, что выражение можно использовать при условии, когда t > Т, т.е, после начала подтягивания загрязненных вод. Предельное содержание загрязнений в воде на водозаборном участке через достаточно большой промежуток времени (t), будет

Смакс= ,

т.е. равно полусумме минерализации пресных и загрязненных вод/

Миграционные параметры пласта, которые используются в приведенных формулах при гидрогеологических прогнозах определяются по данным опытно-миграциооных работ (ОМР), рассмотренных ниже.[9]

Интерпретация результатов ОМР, проведенная по специально разработанной методике, позволяет рассчитать активную пористость пласта n и макродисперсию д2.

Определение исходных параметров: активной пористости (при наличии физико-химических реакций взаимодействия вода-пласт n рассматривается как эффективная пористость) и макродисперсии д2- возможно только на основе полевых миграционных опытов. Наиболее информативным методом полевых опытов определения миграционных параметров является кустовой налив. Однако его применение связано с бурение одной или нескольких наблюдательных скважин, что делает проведение опыта малоэффективным с технико-экономической точки зрения.

Более простой, хотя и менее информативной, является односкажинная налив-откачка, когда в опробуемую скажину наливают трассерный раствор в течение некоторого времени. Затем из этой скажины осуществляется откачка с дебитом, превышающим расход налива.

В качестве трассера при опробовании водоносных продуктивных горизонтов могут быть использованы хлор-, бром-, нитрит- ионы, радиоактивные и другие элементы. Предлагаемые трассеры могут отличаться существенно от пластовой воды как по химическим, так и по физическим характеристикам. Тогда обработка данных опыта идет не по одному, а по двум индикаторам, что существенно повышает достоверность определения искомых миграционных параметров.

Методика определения искомых миграционных характеристик пласта для односкважинной налив-откачки основывается на решении радиального уравнения массопереноса, которое имеет вид при пренебрежительно малой роли молекулярной диффузии

Для определения исходных параметров при значительном времени налива может быть использовано приближенное решение вышеприведенного уравнения:

с = 0,5 erfc(ж),

Qн (tн - t)

ж = ------ * ---------- ,

Qот 2vд2nt

которое справедливо с погрешностью не более 5% при условии

tн>0,25Qот/Qн *д2n,

где Qн и Qот - дебит налива трассера и откачки соответственно; tн - время налива.

с=

где С и С0 - текущие и исходные значения концентрации индикатора; С0- фоновое значение концентрации индикатора в опробуемом водоносном горизонте.

Для полной обработки опытных данных по формуле C = 0,5 erfc(о),

Строится график зависимости ж =vtо от t, где о=inferf(2C), имеющий вид прямой, пересекающей оси ж и t в точках ж 0 и t0. По величине этих отрезков может быть определен комплексный параметр д2n=(t0/2 ж)2

Имея значения пористости, по данным наблюдений за индикатором непосредственно определяют параметр дисперсии. При малом времени откачки применимо другое асимптотическое решение:

C = erfc(о),

Qн tн

о= ------ * ---------- ,

Qот 2vд2nt

при условии t=<2,5*10-4д2n

Метод определения параметров аналогичен выше рассмотренному.

Обработка полученных в процессе опыта данных выполняется в следующей последовательности:

По каждому определения концентрации индикатора в ходе опыта его относительная концентрация в откачиваемой воде вычисляется по формуле:

С(t)= С(t) - C0 / C0 - C0,

где С(t) - текущая концентрация индикатора на время t, С0--фоновая концентрация индикатора в пластовой воде до закачки рабочей жидкости; С0 - концентрация индикатора в рабочей жидкости.

Используя литературные данные, определяем показатель ж 2(t)=inferf(2C(t)-1)

Строим график зависимости ж 2 от t, имеющий вид прямой, точки пересечения которой с осями координат есть t0от и ж 02.



Затем из следующих соотношений определяем параметры миграции nн,nот и д2:

где nот - активная пористость при откачке, nн - активная пористость при нагнетании, Qот-дебит откачки, Qн-расход нанетания, t0от- время откачки, определяется из графика по п.3, tн - время нагнетания,д2-макродисперсия, ж 02-определяется из графика по п.3.

Проведение полевых ОМР с использованием односкважинной налив-откачки, несмотря на меньшую информативность по сравнению с кустовым наливом, экономически целесообразно. Интерпретация результатов ОМР по рассмотренной выше методике позволяет определить миграционные параметры пласта, учет которых значительно повышает достоверность прогнозных гидродинамических расчетов продвижения контура вод некондиционного состава.

Односкажинный метод исследований (налив-откачка), опробованный В.Н. Лукиным, Д.А. Манукяном, Г.И. Потаповым на одном из месторождений промышленных вод для получения мигарционных параметорв пласта, рассмотрен в работе [9]

На объектах со сложными эколого-гидрогеологическими условиями, прогнозную оценку техногенных процессов и техногенеза в целом, целесообразно выполнять методом математического моделирования. Это позволяет наиболее полно учесть все детали фильтрационного объекта.

Так математическое моделирование было выполнено для прогнозной оценки биосферных и ландшафтных условий, изменяющихся в стадии длительной эксплуатации группы железорудных месторождений Курской магнитной аномалии (Лебядинского, Михайловского, Стойлинского и др.). В этом районе действует группа дренажных систем с целью осушения карьерных разработок, групповых водоразборов подземных вод, используемых для водоснабжения городов и других населенных пунктов, система хвосто-, шламо- и водохранилищ.

При такой тесной компоновки водонесущих систем на сравнительно небольшой площади с помощью математического моделирования изучались:

1) балансовая структура источников обводнения горных разработок и техногенного питания подземных вод за счет неизбежных инфильтрационных потерь со стороны водонесущих сооружений;

2) влияние мощных дренажных систем на производительность действующих водозаборов для предотвращения возможного снижения их производительности и др.

В общей сложности оценивались изменения ландшафтных и биосферных условий района в результате промышленного освоения большой группы железорудных месторождений.

Для региональных прогнозов техногенных загрязнений подземных вод изучаемого региона необходимо иметь информацию о фоновых значениях химического состава подземных вод и длительного ряда наблюдений за режимом качества.

На основании результатов региональных натурных исследований и составления прогнозных эколого-гидрохимических карт в региональном плане оценивается опасность загрязнения исследуемой территории. Эта оценка носит сравнительный приближенный характер.

2. Анализ и оценка ранее проведённых работ на участке проектируемого строительства

К твердым бытовым относятся отходы хозяйственной деятельности населения (приготовления пищи, уборки и текущего ремонта квартир и др.), включая отходы отопительных устройств местного отопления, крупногабаритные предметы домашнего обихода, упаковку, смет с дворовых территорий, улиц, площадей, отходы ухода за зелеными насаждениями и другие.

Удаление твердых бытовых отходов обеспечивает санитарную очистку городов и создает необходимые санитарно-экологические условия существования населенного пункта.

Наиболее распространенными в настоящее время сооружениями по обезвреживанию удаляемых из города ТБО являются полигоны.

Полигоны - комплекс природоохранительных сооружений, предназначенных для складирования, изоляции и обезвреживания ТБО, обеспечивающий защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующий распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.

Все работы по складированию, уплотнению и изоляции ТБО на полигонах выполняются механизированно.

Основной целью проектирования полигона ТБО является защита окружающей среды от загрязнения продуктами разложения мусора при максимально экономном использовании отведённых для складирования площадей. Эта цель достигается следующими методами:

* изоляцией отходов, обеспечивающей полную санитарно-эпидемиологическую безопасность населения, которое проживает за пределами санитарно-защитной зоны, и безопасность обслуживающего полигон отходов персонала.

* обеспечением статической устойчивости складируемых на полигоне отходов с учётом динамики газовыделения, гидрологических условий и уплотнения мусора.

* возможностью дальнейшего использования земельного участка после того, как полигон будет закрыт.

Каждый полигон имеет свои собственные особенности проектирования, которые напрямую зависят от специфики местных условий. Сегодня в мире не существует типовых проектов полигонов, поскольку каждый из них является уникальным, а можно типизировать только лишь решение отдельных конструкционных узлов и технологических приёмов.

Твердые бытовые отходы (ТБО) - источники интенсивного загрязнения атмосферы, почв, поверхностных и подземных вод. Вокруг мест их складирования - полигонов и свалок, формируются зоны чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия.

Бессистемное, научно не обоснованное размещение таких объектов является причиной резкого ухудшения экологического состояния природной среды, сопровождаемого потерей здоровья населения, проживающего на примыкающих территориях. Количество полигонов ТБО в последнее десятилетие неконтролируемо растет.

Даже после закрытия полигона ТБО в теле свалки на протяжении около 70 лет происходит биохимическое разложение компонентов. В составе новообразующихся элементов представлена вся таблица Менделеева.

Для окружающей среды и человека особую опасность представляют высокотоксичные вещества, загрязняющие атмосферу, а через фильтраты -почву, грунты, поверхностные и подземные воды.

Характер этого загрязнения, его пространственно - временные показатели, факторы, их определяющие, на сегодняшний день изучены не достаточно. Поэтому их установление относится к числу актуальнейших проблем, особенно в пределах урбанизированных территорий. По данным санитарно-гигиенических и эпидемиологических исследований, у людей, проживающих вблизи полигонов, на первом месте отмечаются болезни органов дыхания, рост заболеваемости туберкулезом, на втором - паталогия органов кровообращения, костно-мышечной системы, далее следуют болезни органов пищеварения и некоторые другие.

Поэтому, прогнозирование условий загрязнения окружающей среды на участках существующих свалок представляется актуальной задачей, имеющей прикладную, методическую и теоретическую значимость. Ее решение позволит разработать эффективную стратегию управления состоянием окружающей среды на участках существующих старых свалок, провести предупредительные мероприятия инженерной защиты и усовершенствовать конструкции вновь создаваемых полигонов ТБО.

При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства. Грунты оснований должны именоваться в описаниях результатов изысканий, проектах оснований, фундаментов и других подземных конструкций сооружений согласно ГОСТ 25100-82. Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора типа оснований и фундаментов, определения глубины заложения и размеров фундаментов с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.

2.1 Выбор участка под полигон и изыскательские работы

Полигоны размещаются за пределами городов и других населенных пунктов. Размер санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ полигона - 500 м (СНиП 2.07.01-89, табл. 12). Кроме того, размер санитарно-защитной зоны уточняется при расчете газообразных выбросов. Границы зоны устанавливаются по изолинии 1 ПДК, если она выходит из пределов нормативной зоны. Размер зоны менее 500 м не допускается.

Перед проектированием заказчик с заинтересованными организациями (архитектурно-планировочным управлением, отделом по делам строительства и архитектуры, органами экологии, санэпиднадзора и гидрогеологической службой) определяет район, в котором осуществляется подбор участка для размещения полигона.

По гидрогеологическим условиям лучшими являются участки с глинами или тяжелыми суглинками и грунтовыми водами, расположенными на глубине не менее 2 м. Исключается использование под полигон болот глубиной более 1 м и участков с выходами грунтовых вод в виде ключей, затопляемых паводковыми водами территорий, районов геологических разломов, а также земельных участков, расположенных ближе 15 км от аэропортов.

Под полигоны отводятся отработанные карьеры, свободные от ценных пород деревьев, участки в лесных массивах, овраги и другие территории.

При отводе участка выдается задание на дальнейшее использование его после закрытия полигона (создание лесопаркового комплекса, устройство открытых складов строительных материалов и тары непищевого применения и т.п.).

Возможность капитального строительства на участках складирования ТБО определяется в каждом конкретном случае дополнительными исследованиями.

Площадь участка, отводимого под полигон, выбирается, как правило, из условия срока его эксплуатации не менее 15 - 20 лет.

Наиболее экономичны земельные участки, близкие по форме к квадрату и допускающие максимальную высоту складирования ТБО (с учетом заложения внешних откосов 1:4). При благоприятных горно-геологических условиях заложение откосов может быть увеличено при условии разработки специального проекта и прохождения технической экспертизы в организации - разработчике инструкции.

На выбранном под полигон участке выполняются топографическая съемка, геологические и гидрогеологические изыскания и санитарные исследования. Для проектирования полигона необходимо иметь план всего участка в масштабе 1:1000 с горизонталями через 1 м. План участка хозяйственной зоны, инженерных сооружений и внешних коммуникаций составляется в масштабе 1:500 с горизонталями через 0,5 м (проект внешних сетей большой протяженности может выполняться в масштабе 1:1000).

Геологические исследования определяют порядок напластования, мощность и состав пород, слагающих основание полигона, коэффициенты фильтрации грунтов всех разностей. Минимальная глубина разведки - 10 м. При разнородных грунтах исследования необходимо проводить до водоупорного слоя и углубляться в него на 1 - 1,5 м.

Гидрогеологические исследования определяют уровень грунтовых вод (УГВ) и направление их потока. Для расчета водоотводных канав, защищающих полигон от потока поверхностных вод (дождевых и талых), собираются сведения об интенсивности и испаряемости атмосферных осадков и площади их водосбора.

В результате геологических и гидрогеологических изысканий должны быть составлены: план расположения шурфов (скважин), геологические (литологические) профили, заключение гидрогеолога о пригодности намеченного участка под полигон ТБО и рекомендации по инженерной защите окружающей природной среды.

Для полигонов с нагрузкой на основание 10 т/кв. м или 100 тыс. т/га проводятся комплексные геологические исследования, включающие более полное изучение гидрогеологических, геофизических, ландшафтно-геофизических и других условий отведения земельного участка, с составлением прогноза возможного отрицательного воздействия объекта на природные экосистемы в перспективе (30 - 50 лет).

С учетом этих материалов заключение о пригодности выбранного участка под устройство полигона ТБО выдают органы охраны природы и санитарно-эпидемиологического надзора города (района, области, края).

2.2 Схема полигона

Основными элементами полигона являются: подъездная дорога, участок складирования ТБО, хозяйственная зона, инженерные сооружения и коммуникации.

Подъездная дорога соединяет существующую транспортную магистраль с участком складирования ТБО. Подъездная дорога рассчитывается на двустороннее движение. Категория и основные параметры подъездной автодороги определяются в соответствии с расчетной интенсивностью движения (автомобилей / сутки).

Основное сооружение полигона - участок складирования ТБО. Он занимает основную (до 95%) площадь полигона, в зависимости от объема принимаемых ТБО. Участок складирования разбивается на очереди эксплуатации с учетом обеспечения приема отходов в течение 3 - 5 лет, в составе первой очереди выделяется пусковой комплекс на первые 1 - 2 года. В первую, вторую и, если позволяет площадь участка, в третью очередь складирование отходов ведется на высоту в 2 - 3 яруса (высота яруса принимается равной 2,0 - 2,5 м).

Последующая очередь эксплуатации заключается в увеличении насыпи ТБО до проектируемой отметки. Разбивка участка складирования на очереди выполняется с учетом рельефа местности.

Участки складирования должны быть защищены от стоков поверхностных вод с вышерасположенных земельных массивов. Для перехвата дождевых и паводковых вод по границе участка проектируется водоотводная канава.

На расстоянии 1 - 2 м от водоотводной канавы размещается ограждение вокруг полигона. По периметру на полосе шириной 5 - 8 м проектируется посадка деревьев, прокладываются инженерные коммуникации (водопровод, канализация), устанавливаются мачты электроосвещения. При отсутствии инженерных сооружении на этой полосе отсыпаются кавальеры грунта для использования его на изоляцию ТБО.

Хозяйственная зона проектируется на пересечении подъездной дороги с границей полигона, что обеспечивает возможность эксплуатации зоны на любой стадии заполнения полигона ТБО. В хозяйственной зоне размещаются бытовые и производственные сооружения. На участках с конфигурацией, близкой к квадрату, зона проектируется у последней очереди складирования ТБО. На участках вытянутой формы зона размещается посередине длинной стороны. Хозяйственная зона занимает, в зависимости от количества принимаемых полигоном ТБО и специальных требований заказчика, от 5 до 15% от общей площади.

2.3 Проектирование участка строительства

На участке складирования проектируется устройство котлована с целью получения грунта для промежуточной и окончательной изоляции. Средняя глубина котлована, отрываемого в основании полигона, рассчитывается из условия баланса земельных работ и уровня грунтовых вод. Уровень грунтовых вод должен быть на 1 м ниже днища котлована.

Размещение грунта из котлованов первой очереди проектируется в кавальерах по периметру полигона, из котлованов второй очереди грунт подается на изоляцию ТБО и осадков городских сточных вод (ОГСВ) на картах первой очереди.

Днище котлована проектируется как правило горизонтальным, обеспечивая равномерное распределение фильтрата по всей площади основания полигона. Учитывая рельеф местности и очередность складирования твердых бытовых отходов, участок разбивается на ряд котлованов. На участках с уклоном более 0,5% проектируется каскад котлованов. Схема высотного размещения котлована в основании полигона показана на рис. 3.

Перепад верхнего и следующих промежуточных котлованов, а также разность отметок оснований двух смежных котлованов должны быть не более 1 м (при большей разности требуется расчет на устойчивость валов). При необходимости по верху промежуточных валов проектируется временная дорога для проезда мусоровозов. На участках, размещаемых в оврагах, каскад котлованов образуется плотинами. Основание котлована должно иметь слой связанного грунта, к которым относятся глины в естественном состоянии с коэффициентом фильтрации не более 10-5 см/с (0,0086 м/сут.) и толщиной не менее 0,5 м. Для грунтов, характеризующихся коэффициентом фильтрации более 10 -5 см/с, необходимо предусматривать устройство искусственных непроницаемых экранов:

1. Глиняный экран однослойный, толщиной не менее 0,5 м. Исходная глина ненарушенной структуры должна иметь коэффициент фильтрации не выше 0,001 м/сут. Поверх экрана укладывается защитный слой из местного грунта толщиной 0,2 - 0,3 м.

2. Грунтобитумный экран, обработанный органическими вяжущими веществами или отходами нефтеперерабатывающей промышленности толщиной от 0,2 м до 0,4 м с одной стороны или двойной пропиткой битумной эмульсией, в зависимости от состава отходов и климатических условий.

3. Экран двухслойный из латекса. Экран состоит из планировочного подстилающего слоя толщиной 0,3 м, слоя латекса,промежуточного слоя из песчаного грунта высотой 0,4 м, второго слоя латекса и защитного слоя из мелкозернистого грунта толщиной 0,5 м.

4. Экран из полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей,двухслойный. Двухслойный экран состоит из подстилающего слоя - глинистого грунта толщиной не менее 0,2 м, двух слоев полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, толщиной 0,2 мм. Между слоями пленки устраивается дренажный слой из крупнозернистого песка толщиной 0,4 м. На верхний слой пленки укладывается защитный слой (h = 0,5 м) песчаного грунта с частицами максимальной крупности до 5 мм. Допускается применение однослойных искусственных экранов без дренажа фильтрата при благоприятных гидрогеологических условиях участка складирования: уровень грунтовых вод не менее 6 м от поверхности основания рабочих карт; наличие в основании карт суглинков с коэффициентом фильтрации не более 10 -5 см/с и мощностью не менее 6 м.

Дренажный слой предусматривается для аварийных ситуаций и контроля выхода фильтрата. При экономическом обосновании возможно создание искусственного противофильтрационного экрана из слоя глины с коэффициентом фильтрации 10 -7 - 10 -8 см/с толщиной 0,3 - 0,4 м.

В санитарно-защитной зоне полигона запрещается размещение жилой застройки, скважин и колодцев для питьевых целей. При отсутствии в санитарно-защитной зоне зеленых насаждений или земляных насыпей по периметру полигона устраиваются кавальеры грунта, необходимого для изоляции при его закрытии. Режим санитарно-защитной зоны определяется действующими нормами и правилами.

Для полигона ТБО разрабатывается специальный проект мониторинга, включающий разделы: контроль состояния подземных и поверхностных водных объектов, атмосферного воздуха, почв и растений, шумового загрязнения в зоне возможного неблагоприятного влияния полигона; система управления технологическими процессами на полигоне, обеспечивающая предотвращение загрязнения подземных и поверхностных водных объектов, атмосферного воздуха, почв и растений, шумового загрязнения выше допустимых пределов в случаях обнаружения загрязняющего влияния полигонов.

Проект мониторинга полигона ТБО разрабатывается по техническому заданию владельца полигона и согласовывается с уполномоченными на это органами.

Система мониторинга должна включать устройства и сооружения по контролю состояния подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха, почвы и растений, а также шумового загрязнения в зоне возможного влияния полигона.

По согласованию с гидрогеологической службой, местными органами санэпиднадзора и охраны природы для контроля за состоянием грунтовых вод, в зависимости от глубины их залегания, проектируются контрольные шурфы, колодцы или скважины в зеленой зоне полигона.

Одно контрольное сооружение закладывается выше полигона по потоку грунтовых вод с целью отбора проб воды, на которую не оказывает влияние фильтрат с полигона.

Пробы вод из контрольных шурфов, колодцев и скважин, заложенных выше полигона по течению грунтовых вод, характеризуют их исходное состояние. Ниже полигона по течению грунтовых вод (на расстоянии 50 - 100 м, если нет опасности загрязнения грунтовых вод за счет других источников) закладывают 1 - 2 колодца (шурфа, скважины) для отбора проб воды с целью выявления влияния на нее стоков полигона.

Колодцы глубиной 2 - 6 м выполняют из железобетонных труб диаметром 700 - 900 мм до отметки 0,2 м ниже уровня грунтовых вод (УГВ). Фильтрующее днище состоит из слоя щебня толщиной 200 мм. В колодец спускаются по стационарной лестнице. При более глубоком залегании грунтовых вод их контроль осуществляется с помощью скважин.

Конструкция сооружений должна обеспечивать защиту грунтовых вод от попаданий в них случайных загрязнений, возможность водоотлива и откачки, а также удобство взятия проб воды. Объем определяемых показателей и периодичность отбора проб обосновываются в проекте мониторинга полигонов.

В отобранных пробах обычно определяется содержание аммиака, нитритов, нитратов, гидрокарбонатов, кальция, хлоридов, железа, сульфатов, лития, ХПК, БПК, органического углерода, рН, магния, кадмия, хрома, цианидов, свинца, ртути, мышьяка, меди, бария, сухого остатка и др.

Если в пробах, отобранных ниже по потоку, устанавливается значительное увеличение концентраций определяемых веществ по сравнению с контрольным, необходимо по согласованию с контролирующими органами расширить объем определяемых показателей, а в случаях, если содержание определяемых веществ превысит ПДК, необходимо принять меры по ограничению поступления загрязняющих веществ в грунтовые воды до уровня ПДК.

Выше полигона на поверхностных водоисточниках и ниже полигона на водоотводных канавах также проектируются места отбора проб поверхностных вод.

Отобранные пробы исследуются на гельминтологические, бактериологические и санитарно-химические показатели. Если в пробах воды, отобранных ниже по потоку поверхностных вод, устанавливается значительное увеличение концентраций определяемых показателей по сравнению с контролем, необходимо по согласованию с контролирующими органами расширить объем определяемых показателей, а в случаях, если содержание определяемых веществ превышает ПДК, необходимо принять меры по предотвращению поступления загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты до уровня ПДК. К сооружениям по контролю грунтовых и поверхностных вод проектируются подъезды для автотранспорта, и предусматривается возможность водоотлива или откачки воды перед взятием проб.

В смете на строительство полигона предусматриваются затраты на устройство пробоотборников для взятия проб воды, применяемых в системе водопроводно-канализационного хозяйства.

Система мониторинга должна включать постоянное наблюдение за состоянием воздушной среды. В этих целях необходимо ежеквартально производить анализы проб атмосферного воздуха над отработанными участками полигона и на границе санитарно-защитной зоны на содержание соединений, характеризующих процесс биохимического разложения ТБО и представляющих большую опасность. Объем определяемых показателей и периодичность отбора проб обосновываются в проекте мониторинга полигонов и согласовываются с уполномоченными на это органами. Обычно при анализе проб атмосферного воздуха определяют содержание метана, сероводорода, аммиака, окиси углерода, бензола, трихлорметана, четыреххлористого углерода, хлорбензола.

В случае установления загрязнения атмосферы выше ПДК на границе санитарно-защитной зоны и выше ПДКр.з., на рабочем месте полигона, должны быть приняты соответствующие меры, учитывающие характер и уровень загрязнения.

2.4 Общие условия проектируемого сооружения

Земельный участок площадью 5 га, отведенный под полигон, расположен в Становлянском районе Липецкой области, 1,5-1,0 км севернее с. Становое и а/д Становое - Красное и 1 км восточнее ж/д, в районе существующей несанкционированной свалки (рис.1).

Согласно проекта, выполненного ООО «Ситно», предусматривается строительство полигона ТБО в с. Становое. Площадь полигона 5 га (50514м2) размеры 701м*714м, объем бытового мусора 2000 м3, глубиной 5м, тип фундамента плита, нагрузка на фундамент 8т/м2. срок складирования - 15 лет.

В пределах санитарно-защитной зоны проектируемого полигона жилых построек нет. В зону ЗСО попадает существующая свалка, которая работает без соответствующего инженерного обустройства и является крупным загрязнителем окружающей среды.

Зона влияния на окружающую среду - 2х2 км, согласно рекомендациям по проведению геолого - экологических исследований на действующих и проектируемых полигонах ТБО г. Москвы и Московской области под редакцией Грибановой Л.П.

Таблица 1 Перечень отходов, размещаемых на полигоне

N п/п	Наименование отходов	Количество %
1	Бумага	32-35
2	Пищевые отходы	35-45
3	Древесина	1-2
4	Текстиль	3-5
5	Кожа, резина	0,5-1
6	Металл	3,5-5,5
7	Камни	0,5-1
8	Стекло	2-3
9	Кость	1-2
10	Полимерные материалы	3-4
11	Отсев	5-7
12	Прочие	1-2

Основным источником воздействия на окружающую среду является участок складирования и технологический транспорт. Под толщей ТБО в результате воздействия атмосферных осадков ожидается образование фильтрата. В течение года преобладающее направление ветров: юго-восточное и западное. Средняя скорость ветра за год составляет 3,1 - 4,2 м/с.

Рис. 1 Обзорная схема района работ

М 1:200 000

На основании вышеизложенного, необходимо определить следующее:

- произвести дальнейшее изучение инженерно-геологической (инженерно-экологической) обстановки участка работ;

- определить степень воздействия объекта на окружающую среду;

- сделать прогнозные расчеты образования фильтрата;

- предусмотреть защитные мероприятия;

2.5 Методика, виды ранее проведенных работ и их оценка

Негативное влияние полигонов ТБО на прилегающую территорию проявляется через химическое, тепловое, радиационное, биогенное, механическое воздействия. Основной фактор воздействия полигонов ТБО на геологическую среду - распространение фильтрата, образующегося при контакте инфильтрующихся вод с отходами. Основные формы воздействия фильтрата на природную среду следующие: загрязнение фильтратом почв, грунтов, подземных и поверхностных вод.

Проектом предусматривается проведение предпроектного комплексного геоэкологического исследования территории строительства полигона. В свете того, что полигон ТБО располагается рядом с существующей свалкой, полученные данные позволят получить фоновые значения содержания элементов - загрязнителей в окружающей среде.

Комплексное геоэкологическое исследование территории включает в себя:

а) сбор и обработку материалов прошлых лет.

б) комплексная инженерно-геологическая съемка

в) обследование территории в пределах зоны влияния полигона на окружающую среду (2х2 км), с описанием всех обнажений, водопроявлений и экзогенных геологических процессов.

...