Г. П. Евграшкина, А. И. Гежий, А. Ю. Омельчук


Скачать 57.03 Kb.
НазваниеГ. П. Евграшкина, А. И. Гежий, А. Ю. Омельчук
Дата публикации02.11.2014
Размер57.03 Kb.
ТипДокументы
www.referatdb.ru > География > Документы
Г. П. Евграшкина, А. И. Гежий, А. Ю. Омельчук
Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара, г. Днепропетровск, Украина
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАПАДНОГО ДОНБАССА И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Западный Донбасс – мощный горнодобывающий регион Украины. Основные запасы угля находятся в долине реки Самары, земли которой заселены, покрыты лесом и распаханы. Добыча угля сопровождается интенсивным водоотливом шахтных вод повышенной минерализации, которые аккумулируются в прудах-накопителях, построенных без экранизации днищ. Предложенные как радикальное средство охраны почв, поверхностных и подземных вод, в настоящее время они являются источниками их загрязнения. На земельных угодьях, прилегающих к прудам, происходит заболачивание и засоление почвенного слоя. Часть земель, пригодных для сельскохозяйственного использования уже засыпана шахтными отвалами, площадь которых постоянно увеличивается. Они служат дополнительным источником засоления почв и загрязнения подземных вод.

Породы всех отвалов Западного Донбасса однотипны по химическому составу и состоят из глинистых минералов, окислов и гидроокисей кремния. Их отличительной особенностью является высокое содержание токсичных водно-растворимых солей. Из сопоставления химического состава и других показателей различных типов почв с аналогичными характеристиками породных отвалов сделан вывод, что они непригодны для сельскохозяйственного использования без рекультивации. В отличие от почв, в их составе, в частности, отсутствует азот, присутствуют сернистые соединения в избыточных количествах, и емкость поглощения незначительна. Кроме того все отвальные породы в разной степени засолены, их засоленность меняется в диапазоне 0,4 – 2,1 %. Из катионов в отвалах преобладает натрий, затем идут кальций и магний, из анионов присутствуют сульфаты и хлориды, гидрокарбонаты находятся в незначительном количестве. Тип засоления – сульфатный.

В настоящее время в Западном Донбассе выделяют следующие 4 типа отвалов: отсыпанные без рекультивации, рекультивированные в условиях богарного земледелия, рекультивированный с систематическим орошением шахтными водами слабоминерализованной части сброса с внесением мелиорантов согласно расчету, и при естественном зарастании дикими растениями с минимальной транспирацией. Для выбора и научного обоснования оптимального способа рекультивации в геоэкологическом и экономическом аспектах разработаны многовариантные математические модели вертикального солепереноса для каждого типа выделенных отвалов. Они построены на основе теории физико-химической гидродинамики пористых сред, согласно которой процессы переноса вещества в растворенном виде описываются уравнениями движения и сохранения его массы. В основу всех моделей положены аналитические и численные решения уравнения



(1)

где D – коэффициент гидродисперсии, комплексный обобщенный параметр, количественно учитывающий все факторы рассеивания солей в отвальных породах, сопутствующие вертикальному влагопереносу, м2/сут;

C – засоленность отвальных пород, в % плотности сухого грунта;

V – скорость вертикального влагопереноса в отвале, м/сут;

m – объемная влажность отсыпанных на поверхности отвальных пород, доли единицы;

x – пространственная координата, м;

t – временная координата, сут. Начало координат выбираем на поверхности отвала.

Первая часть исследований – решение инверсной задачи по определению миграционных параметров V и D – коэффициентов уравнения (1). Скорость вертикального влагопереноса V оценивается как разность между водопоступлением на поверхность отвала (осадки плюс орошение) и суммарное водопотребление (физическое испарение через поверхность почвы плюс транспирация). Для отвалов, отсыпанных без рекультивации в формуле определения скорости вертикального влагопереноса составляющие «орошение» и «транспирация» отсутствуют. Коэффициент гидродисперсии D в зависимости от количества исходной информации определяется из аналитических (Веригин Н.Н., 1977; Аверьянов С.Ф., 1978) и численных (Евграшкина Г.П., 2003) решений.

При известной засоленности в двух точках отвала, расположенных на расстоянии ∆Z друг от друга



(2)

Если содержание растворимых солей определено в трех точках исследуемого профиля



(3)

При известных содержаниях солей на два момента времени решается уравнение (1) в конечно-разностной форме относительно параметра D




(4)






(5)



Миграция солей в шахтных породах во времени для нерекультивированных отвалов

Срок прогноза, годы

Исходное засоление, %



0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Мощность зоны рассоления х, м

5

0,35

0,19

0,1

0,07

0,06

0,05

0,04

10

0,6

0,4

0,3

0,2

0,15

0,1

0,09

15

0,8

0,6

0,4

0,3

0,25

0,22

0,21

20

1,0

0,7

0,57

0,50

0,45

0,39

0,34

25

1,2

0,83

0,78

0,70

0,65

0,62

0,59

30

1,4

1,0

0,9

0,8

0,7

0,68

0,62

Схема необводненного нерекультивированного отвала

В уравнении (2) – (5) приняты следующие обозначения

С1, С2, С3 – засоленность отвальных пород в расчетных точках 1, 2, 3, %

Z – расстояние между расчетными точками, м;

τ – временной индекс предыдущего момента времени отбора образца;

τ+1 – временной индекс последующего момента времени отбора образца;

Остальные значения приведены выше.

После определения миграционных параметров решается прямая прогнозная задача массопереноса, результаты которой характеризуют изменение засоленности во времени всех элементов рекультивированного отвала – собственно отвала, насыпных суглинков и почв. На нерекультивированных шахтных отвалах (рисунок) происходит медленный вынос солей в нижележащие горизонты и подземные воды (таблица)

Для отвалов богарного земледелия характерно соленакопление в насыпных слоях. При систематическом орошении можно выбрать на модели оптимальный режим водоподачи. При выращивании диких растений следует создавать биоценозы с минимальной транспирацией. Результаты исследований вертикального солепереноса на математических моделях всех видов шахтных отвалов позволяют сделать вывод, что геологическое строение долины реки Самары в Западном Донбассе благоприятно для рекультивации отвальных пород с систематическим орошением на фоне горизонтального дренажа, обеспечивающего промывной режим влагопереноса.
Аверьянов С.Ф. Борьба с засолением орошаемых земель М.: Колос, 1978. 288 с.

Веригин Н.Н., Васильев С.В., Шержуков Б.С. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород. М.: Недра, 1977. 271 с.

Евграшкина Г.П. Влияние горнодобывающей промышленности на гидрогеологические и почвенно-мелиоративные условия территорий. Днепропетровск: Монолит, 2003. 200с.


Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
www.referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза