Оцінка впливу на навколишнє середовище будівництва гідровідвалу розкривних порід Здолбунівського кар’єру крейди ВАТ "Волинь-цемент"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка впливу на навколишнє середовище будівництва гідровідвалу розкривних порід Здолбунівського кар'єру крейди ВАТ "Волинь-цемент"

Приводяться результати оцінки впливу на навколишнє середовище будівництва гідровідвалу ВАТ «Волинь-цемент» з використанням логарифмічного шкалування впливів і шляхом співставлення бальних оцінок стану, що передував будівництву, та прогнозного стану навколишнього середовища, який складеться на момент закінчення терміну експлуатації).

Накопичувачі промислових та побутових відходів, в тому числі і гідровідвали, є складними природно-технічними системами (ПТС), які відносяться до класу так званих складних систем [1-6]. Ці системи є відкритими, на них поширюються впливи навколишнього середовища, і вони, в свою чергу, є чинниками значного техногенного впливу на довкілля, не завжди позитивного характеру. Одночасно гідровідвали - це напірні гідротехнічні споруди (ГТС), будівництво та експлуатація яких можуть призводити до реалізації гідродинамічної аварії (ГДА).

Існують приклади розвитку катастрофічних ГДА на гідровідвалах, в результаті яких гинули й були травмовані люди, завдана значна шкода довкіллю і економіці регіонів. Як приклади, серед особливо катастрофічних за наслідками аварій на гідровідвалах різного типу та призначення слід нагадати [1, 3, 4, 7]: руйнування дамби обвалування гідровідвалу Буффало Крик у Захід ній Вірджинії (США) у 1972 р.; руйнування дамби обвалування гідровідвалу шахти Бафокен Платинум Майн (Південна Африка) у 1974 р.; катастрофічне, послідовне руйнування каскаду з двох дамб обвалування хвостосховища гідронамивного типу Става (Італія) у 1985 р.; руйнування дамби обвалування на заводських глиняних кар'єрах Петровських цегельних заводів (Україна, Куренівська аварія) у 1961 р. і т.д.

Але крім аварійного аспекту реалізації небезпек будівництва та експлуатації гідровідвалів існує також аспект експлуатаційний [2, 3-5, 8-14]. Спектр небезпек наслідків (ефектів) будівництва та експлуатації гідровідвалів може розширюватись в результаті небажаних змін зовнішніх факторів, притаманних певній території (кліматичних, експлуатаційних, фізико-хімічних тощо). Під час розробки оптимізаційних заходів щодо зниження ефектів впливу гідровідвалів на навколишнє середовище, як стверджують автори [4], необхідно враховувати, що ці фактори різні у різних регіонах незалежно від площі держави та її капіталовкладень в оптимізацію охорони довкілля.

Абсолютно безпечна експлуатація гідровідвалів у сучасних умовах неможлива не лише через технічні причини, але, і, в першу чергу, через соціально-екологічні, психологічні чинники, які суттєво можуть підсилювати потенціал природних і технічних небезпек, ініціювати конфліктні ситуації у випадку прийняття нераціональних рішень. Реалізація проектів по гідровідвалоутвореню вимагає адекватного врахування факторів впливу на навколишнє середовище та причинно-наслідкових зв'язків між ними як у аварійному, так і безаварійному режимах. При такій постановці виникає необхідність розробки ітераційної (такої, що повторюється) оцінки впливу на навколишнє середовище (ОВНС) [15], в тому разі з врахуванням можливості ГДА.

Однією із ГТС гідронамивного типу є проектований Здолбунівський гідровідвал розкривних порід, що укладаються гідромеханізованим способом, на кар'єрі крейди ВАТ «Волинь-цемент» (Рівненська обл., Україна) [16, 17]. Гідровідвал є інженерною спорудою, що утворюється при намиві розкривних порід у вигляді пульпи (суміш ґрунту з водою), призначений для відкладання ґрунту, освітлення та накопичення відпрацьованої води з можливістю її подальшого оборотного використання. Його невід'ємні складові частини - дамби обвалування, які відсипаються з привезеного кар'єрного ґрунту по контуру гідровідвалу з метою створення місткості для складування намитого ґрунту; масив намитого ґрунту; ставок; відстійник (див. рис. 1). Гідровідвал є потенційним джерелом впливу на навколишнє природне середовище.

Крейда, яка використовується ВАТ «Волинь-цемент» як сировина для виробництва цементу, протягом багатьох років видобувалась відкритим способом. Відмова від закритого способу видобутку крейди з самого початку розробки кар'єру і перехід на відкритий видобуток, розглядається не лише як економічно вигідна альтернатива, але і екологічно допустима. Так, на передпроектному рівні екологічні, санітарно-гігієнічні, протипожежні обмеження при будівництві гідровідвалу у висновках відповідних природоохоронних інстанцій відсутні [14]. Проектований об'єкт розташований на території діючого підприємства, в межах його гірничого і земельного відводів.

Рис 1. Топографічний план (а) та поперечний переріз дамб обвалування (б) гідровідвалу розкривних порід Здолбунівського кар'єру крейди ВАТ «Волинь-цемент»: 1 - дамби обвалування, 2 - упорна призма, 3 - проміжна зона, 4 - зона відстійника (ядро), 5 - ставок.

будівництво навколишній середовище

При видобутку крейди для технологічно необхідного складування розкривних порід немає необхідності додатково виводити площі з сільськогосподарського чи лісогосподарського використання під відвали. Запроектована діяльність направлена на кількісне та якісне використання відведених і вже порушених земель у напрямку сприятливого впливу на навколишнє середовище. Вид діяльності характеризується, з одного боку, як екологічно безпечний спосіб складування мінеральних ґрунтів, і спосіб, що вирішує проблеми відновлення природного ландшафту, з другого боку. Гідровідвал виконує також протиерозійну функцію (припиняє розвиток лінійної ерозії) та рекультиваційну, тобто таку, що ліквідовує (технічно та біологічно рекультивує) яр - вогнище розповсюдження ерозії в балках урочища «Провалля».

Слід зазначити, що гірські породи, які укладаються у гідровідвал, а також вода, що використовується для їх розробки гідромонітором, транспортування по трубопроводам та укладання на карту намиву класифікуються згідно ГОСТу 12.1.007-76 як нешкідливі речовини [18].

Умови будівництва і експлуатації гідровідвалу для потреб ВАТ «Волинь-цемент» є свого роду унікальними.

Як правило у засобах масової інформації, науковій та науково-популярній літературі статус інженерних об'єктів такого типу піддається жорсткій критиці, не завжди конструктивній [1-11]. Суспільство з насторогою відноситься до наслідків ГДА на гідровідвалах. При цьому слід нагадати, що в 15% випадків безпосередні причини ГДА на гідровідвалах вважаються невстановленими [19]. Це може свідчити і про прояв негативної ролі так званого «людського фактору» щодо аварійності на гідровідвалах, а саме, через недостатній нагляд за станом цих об'єктів і невчасне виявлення пошкоджень, які могли бути усунені. Для ґрунтових гребель водосховищ, для порівняння, доля невстановлених причин виникнення аварій складає всього 2%.

Причини можуть критись і в інженерних прорахунках під час розробки ОВНС. Досить часто це пов'язано з використанням неадекватних та необ'єктивних альтернатив, порівнянням з еталонними територіями, які не мають абсолютно ніякого відношення до проектованої діяльності. В результаті негатив (або позитив) або підсилюється, або ігнорується. Особливість будівництва Здолбунівського гідровідвалу саме в тому і заключається, що які б небезпеки для людини та довкілля воно не провокувало б, сумарний ефект впливу є позитивним.

Далі докладніше подаються результати ОВНС, проведені авторами на основі методики [15, 20, 21] у співпраці з фахівцями науково-дослідної лабораторії будівельних конструкцій та споруд Національного університету водного господарства та природокористування.

Серед підходів до ОВНС у сфері гідротехнічного будівництва все більш актуальним стає бальний підхід, точніше, системи бального оцінювання або «екологічні шкали» [2, 22-26]. Одним із прикладів практичної реалізації принципів бального оцінювання впливу може бути методика порівняльної, диференціально-інтегральної ОВНС [15, 20, 21], яка і була використана в якості розрахункової для екологічного обґрунтування будівництва гідровідвалу на етапі проекту. Основна ідея методики заключається у порівнянні двох станів навколишнього середовища (a (after) - «після», b (before) - «до», наприклад, станів «після» і «до» будівництва гідровідвалу, «після» і «до» його впливу). Стан b приймається як стан навколишнього середовища, який передував будівництву гідровідвалу, стан a - як прогнозований стан, який складеться на момент закінчення терміну експлуатації гідровідвалу.

Навколишнє середовище, на яке потенційно може вплинути гідровідвал, розглядалось як єдина система, що складається з трьох підсистем (сфер) (біологічної, фізичної і соціально-економічної), сформованих заданими множинами елементів (об'єктів та явищ навколишнього середовища). Приймалось, що інтегральні стани окремих підсистем і навколишнього середовища в цілому визначаються диференціальними станами їх елементів у відповідності з законом «згортки» ефектів впливу.

Методика, яка використовувалась, орієнтується на індивідуальний підхід до вибору елементів довкілля і критеріїв їх якості в залежності від властивостей гідровідвалу та ПТС, сформованої на його базі.

Систематизація елементів навколишнього середовища, що зазнають впливу будівництва гідровідвалу, здійснювалась в рамках системного підходу - через визначення (ідентифікацію) ПТС, що формується на базі гідровідвалу, та її навколишнього середовища методом ієрархічно направленого перебору. Оцінка впливів ПТС на елементи навколишнього середовища, з врахуванням синергії ефектів від різних впливів, виконувалась за результатами цих впливів (інтегральними ефектами) для станів окремих елементів безпосередньо через зміну їх станів.

Однією з шкал, що суттєво розширює можливості кількісного оцінювання різних ефектів впливу з врахуванням психологічних аспектів процесу прийняття рішення, є логарифмічна шкала [20]. Згідно з логарифмічною шкалою була запропонована наступна функція стану i-их елементів навколишнього середовища, виділених у процесі його системної ідентифікації:

де sign(Ei) - функція, яка в залежності від очікуваної ролі елемента Ei навколишнього середовища для сумарного стану екосистеми території - негативної (VEi < 0), нейтральної (VEi = 0) чи позитивної (VEi > 0), приймає значення 1, 0 або +1, відповідно; IVEi - оцінка впливу на елемент Ei навколишнього середовища (характеризує положення на інтегральній шкалі), в балах.

Згідно з логарифмічною шкалою мінімальне значення IVEi задавалось рівним 0 (IVEi,min = 0 балів) - це у випадку, коли він не мав ніякої ролі (ні позитивної, ні негативної) в аспекті сумарного стану екосистеми території; максимальне значення, згідно з градацією логарифмічної шкали, приймалось рівним 9 (IVEi,max = 9 балів). Допускались проміжні оцінки IVEi (наприклад: 0,5; 2,2) та округлення балів. Для елементів, роль яких оцінювалась як негативна (sign(Ei) = -1), бали округлювали в більшу сторону, для елементів, які оцінювались позитивно (sign(Ei) = +1), - в меншу сторону. У цьому випадку більш виважено враховували негативні аспекти впливу гідровідвалу на навколишнє середовище.

Процедура ОВНС згідно методики зводилась до поелементного співставлення оцінок VEi,a і VEi,b, які відповідали розрахунковим станам, що порівнюються, для кожного ідентифікованого Ei-го елемента навколишнього середовища. В результаті співставлення розраховувались індекси впливу IEi на кожний з Ei-их елементів (в балах), які з врахуванням формули (1) визначались:

де IVEi,a і IVEi,b - бальні оцінки впливу на елемент Ei для двох його станів навколишнього середовища, що порівнюються; sign(Ei,a) і sign(Ei,b) - значення функції sign(Ei) для двох станів елемента Ei, що порівнюються та залежать від його ролі (негативної, нейтральної, позитивної) для сумарного стану екосистеми території.

За інтегральний критерій впливу гідровідвалу на навколишнє середовище приймався інтегральний індекс зміни якості стану довкілля IQ, який визначається як сума відповідних індексів впливу IEi. При IQ > 0, IQ 0 і IQ < 0 вплив гідровідвалу на навколишнє середовище визнається, відповідно, як позитивний, нейтральний і негативний.

Для визначення шуканих величин IVEi,a і IVEi,b використали принцип переходу від часткових логарифмічних шкал їх оцінки (в різних одиницях вимірювання на основі відібраних інженерно-екологічних показників впливу на них) до інтегральної (в балах) (1). Перехід здійснювався за наступними формулами [12, 17, 18]:

,

,

 - модуль, IVEi,0 - нуль-пункт інтегральної логарифмічної шкали для Ei-го елемента довкілля; VEi,max і VEi,min - екстремальні (максимально і мінімально можливі) значення показника VEi; L - «довжина», в балах, інтегральної логарифмічної шкали (L = 9).

При ідентифікації елементів підсистем навколишнього середовища, що зазнавали впливу з боку гідровідвалу, керувались наступними критеріями: 1) ПТС чи окрема її структурна одиниця безпосередньо впливають на стан елемента навколишнього середовища; 2) елемент навколишнього середовища зазнає опосередкованого впливу елементів ПТС чи ПТС в цілому через зміну станів інших елементів довкілля; 3) інформація про стан елемента навколишнього середовища є важливою для подальшого прогнозу; 4) елемент навколишнього середовища представляє інтерес для громадськості тощо.

Об'єктами впливу гідровідвалу згідно передпроектних матеріалів є повітряне, геологічне та водне середовище, мікроклімат в зоні проведення робіт, прилегла територія та ґрунти по периметру примикання гідровідвалу до корінних схилів, рослинний світ на них, а також тваринний світ, в ареал розповсюдження якого входить територія об'єкту. Якщо об'єкти впливів виділити територіально, то ними є урочище «Провалля», де, власне, і відбуваються процеси складування гірських порід, Старомильське водосховище з стоку якого вилучаються водні ресурси для підживлення кругообороту та с. Новомильск у нижньому б'єфі гідровідвалу (див. рис. 2).

Всього було відібрано 12 елементів фізичної підсистеми, 9 - соціально-економічної підсистеми і 5 - біологічної підсистеми. Відповідно для оцінки стану кожного з них було сформовано перелік інженерно-екологічних показників впливу на них. При відборі інженерно-екологічних показників головни-

Рис 2. Карта-схема географічного охоплення зони впливу будівництва гідровідвалу розкривних порід, що укладаються гідромеханізованим способом Здолбунівського кар'єру крейди ВАТ «Волинь-цемент».

будівництво навколишній середовище

Головними критеріями стали їх презентативність та адекватність існуючим кліматичним, експлуатаційним та фізико-хімічним зовнішнім факторам території розташування гідровідвалу.

Оскільки у підґрунтя розрахунків було покладено принципи логарифмічного шкалування впливів, виникла необхідність визначення екстремумів показників впливу. Дотримувались принципу максимально-можливого використання існуючої передпроектної та проектної документацій, результатів інженерно-екологічних вишукувань попередніх років, а в окремих випадках використовували метод експертних оцінок. Приклад таких показників для окремих елементів навколишнього середовища подається у таб. 1.

В рамках методики, яка використовувалась, враховано і результати розрахунків ГДА за різними сценаріями її розвитку на гідровідвалі2) [27]. Вибір імовірнісних моделей і методів розкриття невизначеності для кожного зі сценаріїв виникнення ГДА здійснювався з урахуванням загальних рекомендацій Бюлетеня ICOLD (International Commission on Large Dams, Міжнародної комісії з великих гребель [6]) [28].

Для оцінки ймовірностей виникнення подій, що ініціюють аварійні процеси на гідровідвалі, та подій-наслідків, які можуть призвести до руйнування гідровідвалу, використовувались аналітичні й логічні процедури аналізу у рамках комбінованого підходу в строгій відповідності з аксіомами й теоремами теорії ймовірностей, положеннями математичної теорії надійності й ма-

2) - розрахунок проводив Д.В. Стефанидин

Таблиця 1. Фрагмент характеристики показників впливу гідровідвалу розкривних порід, що укладаються гідромеханізованим способом, на Здолбунівському кар'єрі крейди ВАТ «Волинь-цемент» «до» і «після» його будівництва

Експертні оцінки ймовірностей приймалися тільки для невизначених подій, імовірності яких неможливо було одержати аналітичними розрахунками.

На всіх етапах досліджень формувалися повні групи подій. При імовірнісних розрахунках використовувався апарат випадкових величин та їхніх функцій, а відповідно до граничної теореми теорії ймовірностей - гіпотеза про нормальний закон розподілу випадкових величин. В результаті були отримані консервативні оцінки ймовірностей (верхні граничні оцінки sup) реалізації гіпотетичних сценаріїв виникнення й розвитку ГДА на гідровідвалі з запасами по ризику виникнення аварійних ситуацій, адекватними дефіциту вхідних даних і рівню невизначеності інформації щодо факторів, які визначають надійність і безпеку ГТС.

Приклад розрахунків бальних оцінок впливу на елементи підсистем для двох їх станів навколишнього середовища, що порівнюються («до» і «після» будівництва гідровідвалу), відповідно до фрагменту інженерно-екологічних показників впливу (таб. 1) наведений у таб. 2.

Таблиця 2. Приклад розрахунків значень індексів цінності IVEi,a і IVEi,b для елементів навколишнього середовища в районі гідровідвалу «до» і «після» його будівництва

Отримані наступні результати: для фізичної підсистеми сумарний індекс зміни якості стану довкілля в районі гідровідвалу після його будівництва склав IQf = +8,02 балів - покращення ситуації порівняно зі станом до будівництва; для біологічної підсистеми сумарний індекс зміни якості стану довкілля в районі гідровідвалу після його будівництва склав IQb = +5,63 балів - покращення ситуації порівняно зі станом до будівництва; для соціально-економічної підсистеми сумарний індекс зміни якості стану довкілля в районі гідровідвалу після його будівництва склав IQce = +12,67 балів - покращення ситуації порівняно зі станом до будівництва.

Особливо позитивний вплив будівництво може мати на соціально-економічну сферу за рахунок реалізації ефектів технічної та біологічної рекультивації, покращення естетичної привабливості ландшафту завдяки відновленню його елементів (зокрема фрагменту надзаплавної тераси р. Устя), появи нових робочих місць на час експлуатації гідровідвалу, збільшення площі лісових насаджень тощо. Стан біологічної складової навколишнього середовища за оцінками може покращитись за рахунок реалізації ефектів збільшення площ ареалів поширення грибів, лікарських дикоростучих рослин, появи місць гніздування птахів тощо.

Стан фізичної підсистеми, враховуючи можливість прояву негативних ефектів врівноважується за рахунок ліквідації яру урочища «Провалля» і як наслідок - зменшення імовірності ГДА після будівництва (див. таб. 2) та захисту навколишнього природного середовища від ефектів імовірних паводків. Таким чином, будівництво гідровідвалу розкривних порід, що укладаються гідромеханізованим способом, на Здолбунівському кар'єрі крейди ВАТ «Волинь-цемент» оцінюється як таке, що покращує стан довкілля в цілому. Сумарний індекс зміни якості стану довкілля в районі гідровідвалу після його будівництва складає IQ = +26,32 балів.

Література

1. Антоненко Л.К., Зотеев В.Г., Морозов М.Г. Наземные хвостохранилища каскадного типа как реальные источники техногенных катастроф: Причины и следствия Качканарской аварии // Горный журнал. - 2000. - № 10. - С. 48-52.

2. Векслер А.Б, Ивашинцов Д.А, Стефанишин Д.В. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений. - СПб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2002. - 592с.

3. Медяник М.В. Инженерно-геологическое обоснование консервации и рекультивации гидроотвалов. Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. - Защищена 28.01.2004; Руководитель Гальперин, А.М. / Московский государственный горный университет. - М.: МГГУ, 2003. - 138с.

4. Сольский С.В., Стефанишин Д.В., Финагенов О.М., Шульман С.Г. Надёжность накопителей промышленных и бытовых отходов. СПб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2006. - 300с.

5. Lo R.C., Klohn E.J. Design against tailings dam failure. Proc. of the Int. Symposium on Seismic and Environmental Aspects of Dam Design: Earth, Concrete and Tailings Dams. Santiago. Chile. - 1996. - V. I. - P. 35-50.

6. Monitoring of tailings dams. ICOLD. Bull. 104. Paris, 1996.

7. Анісімов О. Куренівський апокаліпсис. - К.: Факт, 2000. - 90с.

8. Арсентьев А.И. Учет уровня риска и фактора времени при расчете устойчивости борта карьера // Сб.: Физические процессы горного производства. - М.: Изд-во МГИ, 1979. - Вып. 6. - С. 29-33.

9. Васильев А.Б., Мгалобелов Ю.Б. Норматирование безопасности гидротехнических сооружений при проектировании // Гидротехническое строительство. - 1993. - № 12. - С. 14-41.

10. Кутепов Ю.И., Кутепова Н.А., Ермошкин В.В. Обеспечение безопасных условий эксплуатации гидроотвалов и хвостохранилищ // Сб.: Проблемы геодинамической безопасности. - СПб.: Изд. ВНИМИ, 1997. - С. 164-169.

11. Мироненко В.А., Стрельский Ф.П. Практическое применение принципов гидрогеомеханики в целях повышения промышленной и экологической безопасности горных работ // Инженерная геология. - 1989. - №5. - С. 3-14.

12. ПБ 05-356-00 «Правила безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом» / Федеральный горный и промышленный надзор России (Госгортехнадзор России): НТЦ «Промышленная безопасность», 2001.

13. Penman A.D.M. The need for dam safety. Case studies on tailings management. ICME-UNEP. - Paris. - 1998. - P. 5-6.

Размещено на Allbest.ru