Мониторинг и экспертиза. Безопасность технологических процессов и производств и бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность Белгород 2013 3
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
2.6. Мониторинг территорий населенных мести городских агломераций На территориях большинства современных городов значительное влияние на геологическую среду оказывают техногенные воздействия, что обусловливается высокой концентрацией предприятий промышленности, энергетики, транспорта и жилищно-коммунального хозяйства. Вследствие этого создание в пределах городских агломера- ций локальных и детальных систем мониторинга является одной из первоочередных и актуальных задач. Для правильной и рациональной организации мониторинга урбанизированных территорий необходимо учитывать основные особенности изменений геологической среды в пределах городов, связанные с современными тенденциями развития городского строительства. К ним относятся – рост крупных городов-мегаполисов, окруженных городами- спутниками – освоение под городское строительство неудобий (заболоченных участков, свалок, засыпанных оврагов и др) из-за дефицита полезной площади – все увеличивающиеся тенденции освоения подземного пространства усиление динамического воздействия на грунты, которое нехарактерно для малых городов возрастание этажности зданий и как следствие этого – повышение требований к устойчивости сооружений. Современный город представляет собой крупный населенный пункт, выполняющий сложные жилищные, промышленные, организа- 52 ционно-хозяйственные, транспортные, управленческие, культурные функции и др. Помимо территории, ограниченной административной границей, город отторгает у природной среды значительные площади, лежащие в отрыве от городской черты, отчуждаемые под различные сооружения. Городская территория по структурно-функциональному признаку подразделяется наряд самостоятельных функциональных зон селитебную (заселенную людьми) и внеселитебную. Внеселитебная зона делится на промышленную (производственную, коммунально- складскую, санитарную, рекреационную (садово-парковую), зону отдыха, внешнего транспорта, прочих земель. Все эти зоны взаимодействуют друг с другом и тесно связаны. Функциональное зонирование позволяет при планировке населенных пунктов выбирать территорию для размещения селитебных зон с наветренной стороны по отношению к промышленным объектам, прогнозировать рассеивание промышленных выбросов в приземных слоях атмосферы и определять величину санитарно-защитных зон. При этом в первую очередь учитывается роза ветров – график направлений ветра на данной территории. Для современного города наибольшая по площади территория приходится на долю селитебной зоны – 42%, на долю промышленной – 18%, прочих земель – 14%, внешнего транспорта – 10%, рекреационной зоны – 8%, коммунально-складской – 6%, санитарной – 2%. Для правильной планировки наблюдательной сети мониторинга среды города необходимо выявить пространственную дифференциацию осво- енности территорий с учетом качественных и количественных характеристик. Многоплановая хозяйственная деятельность на территориях городов очень сильно изменяет первоначальное состояние геологической среды, в результате чего возникают различные негативные инженерно- геологические процессы и явления с отрицательными экологическими последствиями. Территории городов испытывают, как правило, существенные антропогенные изменения рельефа, хотя общий морфологический облик историко-генетического комплекса рельефа может и сохраняться. Для оценки измененности рельефа на территории города могут применяться различные количественные показатели и градации. Чаще всего для этого используют три степени измененности рельефа сильно измененный частично измененный практически неизмененный. Основными тенденциями антропогенного изменения рельефа территорий городов являются выравнивание поверхности (планировка рельефа, достигающее значительных площадей уничтожение микрорельефа (балок, русел ручьев и мелких рек, овражной сети и др уменьшение глубины и густоты расчленения рельефа снижение уклонов поверхности рельефа. В целом все это приводит к общему снижению энергии рельефа и упрощению структуры водосборных бассейнов, что, в свою очередь, вызывает уменьшение склонового транзита, интенсивности поверхностного стока, естественной эрозии. На территории города существенно меняются гидрогеологические условия в основном в результате интенсивной эксплуатации подземных и поверхностных вод на промышленные и хозяйственные нужды. При этом в местах водозаборов формируются глубокие де- прессионные воронки, происходит изменение гидрохимического режима подземных води их загрязнение. Наиболее крупные депрессион- ные воронки (с понижениями в центре водозабора дом и более и радиусом, превышающим 100 км) образуются при эксплуатации на территориях городов глубоких водоносных горизонтов артезианских бассейнов, таких, как Московский, Днепровско-Донецкий, Прибалтийский. Глубина депрессионных воронок достигает в Лондоне 100 м, в Киеве 65 м, в Москве около 50 м. Площадь депрессионной воронки на территории Москвы занимает 50 тыс. км, максимальное понижение уровня, поданным Л.С. Язвина и других (1988), достигает 120 м. Крупные депрессионные воронки радиусом около 40 км и понижением дом образовались в Азово-Кубанском бассейне. В районе Санкт- Петербурга пьезометрический уровень в гдовском горизонте снизился нам, радиус депрессионной воронки увеличился до 50 км, площадь до 16 тыс. км. Над депрессионными воронками подземных вод почти всюду сформировались пологие мульды оседания, их площадь в городах изменяется от долей квадратных километров до 3500 км 2 Под влиянием водоотбора на территории города могут возникать и активизироваться различные карстово-суффозионные процессы, проявляющиеся на поверхности земли провальными воронками. Такие процессы отмечены на территории Москвы ив других городах, где есть соответствующие геологические условия. В этом случае среди основных факторов, формирующихся в результате интенсивного водо- отбора подземных вод, отмечается увеличение скоростей фильтрации и интенсивности изменения величины гидростатического давления в результате снижения пьезометрических уровней. Это приводит к переформированию источников восполнения запасов подземных и поверхностных води изменению естественного гидродинамического, гидрохимического и температурного режимов вода также к изменению экологической и медико-биологической обстановки в городе. 54 В городах часто развивается и техногенное подтопление территорий. Так, в Томске им охвачено 2,7 тыс. га (или 28%) территории города. При этом широко распространенные здесь лёссовидные суглинки утрачивают просадочные свойства, уменьшается их прочность, деформируемость возрастает в 1,5–2 раза. Для отражения на картах зон техногенного подтопления территорий могут использоваться различные как относительные (например, коэффициент пораженности территории подтоплением, таки абсолютные показатели (скорость подъема уровня грунтовых вод, м/год; время подъема уровня воды на застроенных территориях до глубин 2–3 мот поверхности земли, лет. Как правило, подтопление охватывает всю застроенную территорию городов, которая по категориям опасности может быть подразделена на очень опасные, опасные и слабо опасные участки. Таким образом, зоной влияния в этом случае оказывается вся территория города. Среди различных видов техногенного воздействия на геологическую среду города самым распространенным является статическое механическое воздействие от сооружений – уплотнение грунтов оснований. Это приводит к формированию вокруг каждого здания и сооружения осадочной воронки, глубина которой колеблется от 1 до 600 см чаще см. Радиус воронки обычно выходит за пределы наружного периметра здания, характеризует зону его влияния и достигает 50–120 м. При плотной застройке одиночные осадочные воронки смыкаются, а под городом в целом формируется крупноплощадная депрессионная поверхность в виде чаши оседания сотообразного строения. Строительство и эксплуатация метрополитена в городах приводят к развитию процессов сдвижения породи образованию мульд проседания. Ширина мульд над перегонными тоннелями изменяется от 40 дом, над подземными станциями – от 160 дом. Вибрационное воздействие на территории городов, создаваемое в основном автомобильным транспортом, линиями метро, трамваев и железных дорог, при исследованиях на локальном, а также и на детальном уровне может оцениваться поданным АД. Жигали- на и Г.П. Локшина (1991). Они считают, что пороговыми значениями вибрации, предельно допустимыми уровнями ее воздействия на геологическую среду с учетом экологических последствий является уровень вибрации, оцениваемый по виброскорости в размере 0,0004 мс (78 дБ) и по виброускорению – 0,05 мс (44 дБ. Можно выделить три уровня интенсивности воздействия на геологическую среду города низкий (менее 46 дБ, средний (46–73 дБ, высокий 55 свыше 73 дБ. Размеры зоны влияния некоторых источников вибрации на территории города представлены в табл. 2.3. Для городских транспортных автомагистралей с интенсивным транспортным потоком и высоким уровнем вибрации (65 дБ) автотранспортное вибрационное воздействие затухает до городских фоновых значений (для Москвы в районе Ленинского проспекта достигает 46 дБ) на расстоянии 20 мот оси полотна. Вибрационное воздействие, создаваемое в городе железнодорожными магистралями, в среднем распространяется на расстояния дом от оси железной дороги. Таблица 2.3 Размеры зоны влияния некоторых источников вибрации на территории города Источник Основная частота, Гц Зона действиям Вибрационный каток Автомобильная магистраль Линия метро Механический копер Трамвайная линия Железная дорога 10–30 10–20 30–60 15–35 20–45 10–30 До 40 40–100 60–120 150–250 150–300 150–300 Длительное динамическое воздействие на грунты может приводить к нарушению твердого покрытия магистралей, к деформациями разрушению фундамента зданий вблизи магистралей и рельсовых путей. В зависимости от типа грунтов вибрационное воздействие на них может приводить к снижению сопротивления сдвигу, разрушению структурных связей, тиксотропному разупрочнению, разжижению и другим негативным процессам, которые должны учитываться в сети мониторинга. Тепловое загрязнение как следствие теплового воздействия проявляется в возникновении так называемого теплового купола над городом, на общем фоне которого формируются отдельные участки аномального прогрева грунта и грунтовых вод. Его формированию способствует сплошная застройка городской территории, покрытие асфальтом или бетоном открытой поверхности. Тепловое воздействие в городах на локальном уровне проявляется чаще всего и как результат влияния сточных техногенных вод, утечек из теплотрасс. С этим связано образование геотермической аномалии вокруг Москвы с повышением температуры на С по сравнению с фоновой. Максимальный рост температуры в Москве отмечен для четвертично-мезозойского водоносного комплекса (выше на Си более, а площадь этой тепловой аномалии почтив раза превышает площадь самого города. 56 В меньшей степени, нона значительной площади может проявляться тепловое воздействие полигонов ТБО и прочих свалок, вокруг которых также формируются тепловые аномалии. Кроме того, натер- ритории городов отепляющее воздействие оказывают здания всех типов и асфальтовое покрытие, при этом площадь отепляющего воздействия принимается равной площади асфальтового покрытия. Как правило, область воздействия тепла от городских теплосетей, водопровода и канализации возможна на расстоянии дом по обе стороны от оси коллектора при минимальных утечках. Тепловые аномалии на территории городов формируются на глубинах дом с превышением температуры над фоновой до 1,5–3 раз. Температурные аномалии приводят к изменению содержания газовой составляющей подземных вод, к интенсификации процессов взаимодействия в системе вода–порода, приводящих к увеличению агрессивности грунтов, к развитию микрофлоры и активизации микробиологических процессов, к изменению ряда свойств глинистых пород, в том числе к увеличению их сжимаемости, снижению вязкости и резкому снижению прочности. В зоне аэрации под воздействием избыточного тепла происходит локальное просушивание грунтовых массивов, приводящее к изменению их структуры и физико-механических свойств, в случае глинистых грунтов при их высушивании развивается тепловая усадка. В городских районах криолитозоны формируются зоны теплового влияния в радиусе дом от сооружения, охватывая верхнюю часть грунтовой толщи. Наибольшее влияние на изменение геокриологического состояния грунтов оказывают подземные коммуникационные коллекторы. Протаивание грунтов в основании коллектора достигает глубины 5–7 м, в горизонтальном направлении оно может распространяться нам от оси коллектора в этой зоне возникают провальные явления. В районах криолитозоны учет тепловых воздействий на геологическую среду города выступает на первый план при организации наблюдательной сети мониторинга. Город со своей развитой промышленностью и коммунально- бытовой деятельностью оказывает сильное геохимическое воздействие на геологическую среду, выражающееся в перераспределении, концентрировании и рассеивании огромных масс химических веществ и элементов как природного, таки техногенного происхождения. На больших площадях в пределах города формируются техногенные геохимические поля – взаимоувязанные в пространстве зоны повышенных или пониженных по сравнению с фоновыми или кларковыми концентрациями химических элементов. Самым значимым с эколого-геологической 57 точки зрения проявлением этого перераспределения является химическое загрязнение компонентов геологической среды почв, грунтов, подземных вод. Это вызывает необходимость при организации мониторинга геологической среды уделять внимание химическому и другим видам техногенного загрязнения. Химическим загрязнением охвачены все площади современных городов и крупных населенных пунктов поселкового и городского типа. В крупных городах загрязнение геологической среды проникает на глубину дом, но наиболее сильно в пределах города происходит загрязнение поверхности грунтов, почв и поверхностных вод. Поверхностный сток урбанизированных территорий транспортирует загрязняющие вещества, главным источником которых являются сточные воды. При сбросе этих вод в природных водных системах формируются зоны загрязнения с широким набором химических элементов, аккумулирующихся в донных отложениях. Донные отложения при этом образуют устойчивые зоны загрязнения с высокой концентрацией различных химических элементов. Отмечается индивидуальный специфический характер наиболее резко концентрирующихся элементов для разных типов промышленности. Основными элементами загрязнения донных осадков являются ртуть, серебро, кадмий, свинец. Протяженность зон загрязнения в донных осадках области влияния крупного промышленно-урбанизированного центра достигает 20–25 км. Поверхностное загрязнение с наибольшей интенсивностью происходит в почвах, снеговом покрове и верхней части грунтов зоны аэрации. Очаги химического загрязнения почв и снега в городах имеют определенную геохимическую зональность наибольшая концентрация отмечается вблизи источника загрязнения, к периферии она постепенно снижается. Максимальный уровень загрязнения наблюдается около предприятий цветной и черной металлургии и различных приборостроительных предприятий, меньший – в зоне влияния машиностроительных и химических предприятий. Спектр химических элементов- загрязнителей чрезвычайно широк практически во всех аномалиях отмечается накопление свинца, меди, цинка, олова, вольфрама, молибдена, хрома и ртути. Как правило, площади центров полиэлементных аномалий в 1,7–2 раза больше площади промышленных зон. Поверхностное загрязнение почв и грунтов от ТЭЦ распространяется на 5–7 км, предприятий химической и нефтехимической промышленности на 3–5 км. Так, у нефтеперерабатывающего завода в Капотне (Москва) радиус зоны загрязнения около 5 км. Для бассейна Верхней Колымы зоны запыления от ТЭС прослеживаются на расстояния до 100 км вдоль долин. Формирующиеся вокруг ТЭС золоотвалы 58 также являются источниками поверхностного загрязнения грунтов и почв. На территориях, прилегающих к золоотвалам ТЭС, в год оседает от 36 дот пыли на 1 км, а дальность ее переноса (зона влияния) в направлении господствующих ветров достигает 30 км. Вокруг населенных пунктов криолитозоны в зимний отопительный период формируются ареалы поверхностного загрязнения грунтов и почв сажей и пылью площадью от 20 до 40–45 км. Контуры этих ареалов согласуются с формой розы ветров. Выбросы автомобильного транспорта концентрируются на расстоянии мот шоссе, в результате чего в этой зоне почвы и грунты сильно загрязнены тяжелыми металлами и нефтепродуктами. Таким образом, современный город имеет специфическую мо- заическую геохимическую структуру, сформировавшуюся стихийно, которая фиксируется полиэлементными геохимическими полями, центры которых приурочены к различным источникам антропогенного загрязнения. Повремени действия источников загрязнения в городах выделяют четыре типа территорий устойчивого, реликтового, современного загрязнения и территории, где загрязнение отсутствует. Устойчивое загрязнение устанавливается по совпадению очагов загрязнения во всех компонентах природной системы и соответствует наличию техногенного геохимического поля. Реликтовое загрязнение фиксируется наличием техногенной геохимической аномалии только водном из компонентов геологической среды (например, в почвах) и не подтверждается аномальными концентрациями в атмосфере. Территории, где обнаруживается техногенная аномалия только в атмосфере, относится к категории нового современного загрязнения. В городах развивается и биологическое загрязнение (микробиологическое) грунтов и подземных вод. Общее биологическое загрязнение грунтов от работы городского коллектора, состоящего из теплосети, водопроводной и канализационной сети, может распространяться на расстояние дом по обе стороны от оси коллектора. В результате развития микроорганизмов в условиях интенсивного загрязнения геологической среды возникают различные негативные явления. Примером негативного антропогенного воздействия, включающего и биохимическое загрязнение, служат свалки различных отходов. При аэробном разложении внутри свалок накапливаются растворенные органические вещества сложного состава. Просачивающиеся через свалки поверхностные воды приобретают агрессивность из-за подкисления этими соединениями и могут растворять карбонатные породы, вызывать коррозию подземных сооружений. В случае плохой аэрации происходит активное выделение таких газов, как аммиак, сероводород, 59 метан и др. Высокие концентрации аммиака способствуют бурному развитию нитрифицирующих микроорганизмов, для которых источником энергии служит реакция окисления аммиака в азотную кислоту. Эта группа микроорганизмов способна интенсивно разрушать стены и фундаменты зданий, расположенных вблизи свалок. Повышенное выделение сероводорода губительно сказывается на живых организмах, усиливает коррозию металлов, повышает агрессивность грунтов и подземных вод. Если внутри свалки накапливается в избытке метан, то, распространяясь в прилегающих почвах, грунтах и подземных водах, он угнетает растительность за счет массового развития метилотроф- ных бактерий и микроорганизмов, резко снижающих концентрацию кислорода в среде, который расходуется на окисление метана. К территориям, примыкающим к городу, приурочены обычно такие источники загрязнения окружающей среды, как различные склады химических веществ и сырья, очистные сооружения, поля орошения, полигон твердых бытовых отходов. Поверхностное загрязнение химическое и биохимическое) распространяется от полигонов на расстояние до 3 км, а загрязнение грунтовых вод охватывает площади 1 км – крупные полигоны ТБО с объемом отходов до нескольких миллионов кубических метров 0,5 км – средние полигоны ТБО (сотни тысяч кубических метров дога мелкие полигоны ТБО (десятки тысяч кубических метров. При этом биохимический разогрев толщи бытовых отходов обусловливает развитие тепловых аномалий с температурой до Си радиусом дом и более. Сточные воды городских территорий относятся к категории бытовых, что определяет особенности их состава и санитарно- гигиенические характеристики. В их составе преобладают продукты обмена веществ в организме человека, остатки пищи, мыла, синтетических моющих средств и других продуктов бытовой химии. Для них характерно также загрязнение микрофлорой (кишечной палочкой, возбудителями дизентерии, вирусных заболеваний и др. Бытовые сточные воды характеризуются интенсивным запахом, значительной мутностью и окраской, присутствием значительного количества взвешенных веществ и плавающих примесей, низкой прозрачностью, наличием пены, высокими значениями ХПК и коли-индекса. Наиболее частый способ удаления сточных вод – сброс в водоемы, что является основной причиной их загрязнения, а также загрязнения прилегающей части окружающей среды. В крупных городах для очистки стоков служат станции аэрации, включающие комплекс очистных сооружений – решетки, песколовки, отстойники, аэротенки или биофильтры, метантен- кии др. В целях охраны водоемов от загрязнений рекомендуется также 60 применение бытовых сточных вод на земледельческих полях орошения. Поля орошения – это земельные участки, подготовленные для биологической очистки бытовых сточных вод. Принцип почвенного метода очистки сточных вод основан на естественной способности почв к биохимическому окислению поступающих в нее органических веществ до простых соединений, усваиваемых растениями. Процесс протекает в аэробных условиях и осуществляется в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Современные поля орошения делятся на группы коммунальные поля орошения, на которых санитарно-технические задачи сочетаются с выращиванием сельскохозяйственных культур поля фильтрации, где осуществляется биологическая очистка осветленных сточных вод путем фильтрации через почвенные горизонты без использования их в сельскохозяйственных целях земледельческие поля орошения, представляющие собой специализированные гидромелиоративные системы. Наилучшими по эффективности использования для полей орошения являются легкие песчаные или супесчаные почвы. Поверхность поля разбивают на участки (карты) площадью от 0,5 дога и ограждают земляным валом высотой 0,8–1,0 м. Поверхность карт оставляют ровной или нарезают бороздами. Оросительная сеть состоит из трубопроводов, отстойников, насосной станции, регулирующих емкостей, каналов и разводящей поливной сети. Подача воды на поля происходит самотеком по открытым каналам. Суточные нормы нагрузки для коммунальных полей орошения составляют от 15 до 50 м 3 /га. С ростом городов, резким увеличением количества сточных вод поля орошения оказались большей частью перегруженными и перестали отвечать своему главному назначению – очистке и обезвреживанию вод. На полях орошения стали осуществлять только фильтрацию сточных вод без их использования для выращивания сельскохозяйственных культур. Такие участки в отличие от полей орошения называют полями фильтрации, на них механически очищенные сточные воды летом подаются в карту сплошным заливом слоем 20–30 см, зимой – до 75 см. После фильтрации сточной жидкости в почву и верхний слой грунта поверхность карты перепахивают и снова заполняют сточной водой и т.д. На коммунальные поля орошения сточные воды поступают по полосами бороздам. Суточные нормы нагрузки для полей фильтрации составляют от 40 до 125 м 3 /га. В настоящее время при градостроительстве устройство новых полей фильтрации ограничено и целесообразно только как временная мера. 61 В крупных промышленных городах, самым мощным загрязнителем кроме органики, являются также соединения серы, которые входят в состав выбросов почти всех промышленных предприятий. Сернистые соединения, попадая в почвы, грунты и воду, вовлекаются в цикл превращений в аэробном и анаэробном комплексах микробиологической системы. В анаэробной зоне образующийся сероводород вызывает коррозию металлов, образуя сульфиды. В аэробной зоне развиваются тионовые бактерии, вызывающие сернокислое выветривание горных пород, кислотную коррозию металлических сооружений и строительных материалов, растворение карбонатных пород. Следует отметить, что многие геохимические процессы, происходящие натер- ритории города с участием микроорганизмов, еще до конца не изучены. При организации наблюдательной сети мониторинга за микробиологическими процессами в геологической среде города на первом этапе исследований, сопоставляя условия жизнедеятельности микроорганизмов с физико-химической обстановкой среды их обитания, можно составить карту-схему для территории города с выделением на ней возможных микробиологических процессов. На ней могут быть выделены следующие зоны 1) зона, характерная для промышленных и примыкающих к ним селитебных районов с интенсивным загрязнением органическими веществами и соединениями серы зона кислых и слабокислых грунтовых вод с высоким содержанием сульфат-иона, катионов металлов, растворенных органических веществ зона интенсивной кислотной коррозии и выветривания в анаэробной зоне возможна сероводородная коррозия металла с осаждением сульфидов 2) зона, характерная для селитебных районов, удаленных от промышленной зоны реакция среды слабокислая, нейтральная и слабощелочная опасность коррозионных процессов возрастает в зонах утечек из канализации ив прогреваемых грунтах у теплопроводов 3) зона, характерная для районов пищевой промышленности главным образом мясо-молочной) и бывших сельскохозяйственных угодий в грунтовых водах присутствует нитратное загрязнение, реакция среды нейтральная, слабощелочная, щелочная в анаэробных условиях возможны процессы аммонификации и денитрификации с выделением аммиака и окислов азота в аэробных условиях возможна кислотная коррозия сооружений вблизи очагов выделения аммиака, обеспечивающего развитие нитрификаторов; 4) зона, характерная для районов с интенсивным поступлением органических загрязнений со свалок и с полей орошения реакция среды нейтральная возможны процессы коррозии и угнетения растительности вблизи свалок 5) зона, характерная для лесопарковой территории с фоновым развитием микробиологических процессов. Радиационное загрязнение в городах, к сожалению, происходит как результат преступного, халатного обращения с радиоактивными компонентами и неконтролируемого выброса радиоактивных источников на городские свалки. Обнаружение каждого такого очага или источника загрязнения на территории города является чрезвычайным событием, асам очаг подлежит экстренной проверке СЭС и немедленной ликвидации. В связи с этим городским санитарно- эпидемиологическим надзором регулярно проводится радиометрическая съемка потенциально опасных территорий в целях оперативного обнаружения радиоактивных очагов загрязнения. Для создания обоснованной системы мониторинга городской территории или городской агломерации должна быть последовательно выполнена серия операций, включающая анализ инженерно- геологических условий территории города и ее типизацию анализ и типизацию техногенного воздействия выявление характера и интенсивности изменений геологической среды и ее компонентов оценку количественных показателей состояния геологической среды и ее изменения. Мониторинг районов АЭС Развитие атомной энергетики, увеличение мощностей АЭС и строительство многоблочных крупных энергетических комплексов приводят к изъятию под их строительство значительных территорий. В процессе эксплуатации АЭС используются большие объемы водных ресурсов, возникают дополнительные тепловые и радиационные воздействия на окружающую среду, активизируются некоторые опасные геодинамические процессы, что вызывает характерные изменения в различных звеньях природной системы. В силу этого в районах размещения АЭС формируются специфические природно-техногенные комплексы, отличающиеся определенными тенденциями изменений геологической среды, иногда приводящими к негативным эколого- экономическим последствиям. Затраты на восстановление естественного равновесия в таких комплексах обычно бывают чрезвычайно высоки Поэтому организация мониторинга геологической среды районов АЭС – дело первостепенной важности. В задачи мониторинга геологической среды районов АЭС входят 1) прогноз развития геологической среды и ее элементов 2) разработка рекомендаций и управляющих решений по оптимизации работы всей природно-технической системы (ПТС); 3) повышение надежности функционирования ПТС и экологической безопасности АЭС. Разносторонние многолетние наблюдения за работой АЭС как в России, таки за рубежом показывают, что объектам атомной энергетики присущ специфический комплекс техногенных воздействий на геологическую среду, который обязательно должен приниматься во внимание при организации мониторинга в районах АЭС. Эти воздействия можно объединить в несколько групп 1) нарушение водного баланса 2) изменение состояния и свойств пород в основании сооружений АЭС 3) повышение активности тепломассопереноса; 4) загрязнение окружающей среды радиоактивностью. Техногенное нарушение водного баланса в зоне влияния АЭС вызвано, как правило, резким снижением испарения под влиянием застройки и асфальтирования, усилением инфильтрации поверхностного стока, утечками из водных коммуникационных систем и водохранилищ, подпором естественных потоков подземных води связано прежде всего с большими объемами технологического водопотребления на АЭС. Указанные нарушения естественного водного баланса бывают столь велики, что даже при активной естественной дренированности территории они значительно превышают влияние гидролого- климатических факторов (в том числе периодов с повышенной водностью года. Интенсивное техногенное питание подземных вод способствует быстрому повышению уровней грунтовых вод на расстоянии 3– 5 км и более от АЭС со скоростью 1,2–2,0 м в год. При расположении АЭС на водораздельных пространствах с глубинами до зеркала грунтовых вод около 10–15 м их площадки могут быть отнесены к практически подтопляемым территориям. Эти обстоятельства должны учитываться при организации наблюдательной сети мониторинга геологической среды, а постоянно действующая модель в системе мониторинга должна быть направлена на моделирование гидрогеологических условий территории. Активная роль воды при изменении водного баланса территории АЭС проявляется ив изменении состояния, состава и свойств грунтов в основании сооружений АЭС. При их дополнительном водонасыще- нии возможны процессы снижения прочности, набухания глинистых 64 грунтов, фильтрационных деформаций, просадки лёссовых грунтов и т.д. В зависимости от конкретных инженерно-геологических условий территории АЭС интенсивность и специфика проявления этих изменений в грунтах оснований могут быть различными, что также должно учитываться в системе мониторинга геологической среды. Особое внимание должно уделяться слабыми структурно неустойчивым грунтам (глинам, лёссам, заторфованным грунтами т.п.). Следующий фактор влияния на геологическую среду территорий АЭС – техногенное тепловое воздействие, которое возникает вследствие конструктивных особенностей различных сооружений АЭС и систем охлаждения атомного реактора. В результате этого с изменением водного и теплового баланса верхней зоны пород происходит повышение активности тепломассопереноса и формируется контур геоэнергетического теплового взаимодействия системы объектов АЭС с геологической средой. Большинство объектов АЭС характеризуется значительным тепловыделением в окружающую среду преимущественно в виде стока в местную гидрографическую сеть (сброс горячих вод. Повышение температуры инфильтрующихся техногенных вод по сравнению с естественными подземными водами создает предпосылки для развития устойчивых процессов тепломассопереноса (тепловлагопереноса, теплопаропереноса, термоосмоса), также меняющих состояние и свойства грунтов оснований АЭС. В наблюдательную сеть мониторинга геологической среды территорий АЭС должны обязательно включаться температурные наблюдения и контроль за процессами тепломассопереноса. Основную долю в энерговыделении АЭС в окружающую среду составляет тепло (до 70%). На современных АЭС вода используется в качестве главного теплоотводящего элемента в системе (сети производственно-технического водоснабжения, бассейны-охладители, градирни. Вокруг АЭС формируется устойчивое техногенное тепловое поле – температурная аномалия, протяженность которой в плане определяется теплофизическими свойствами породи гидрогеологическими условиями территории. Некоторые данные о влиянии тепловых источников АЭС на нагрев грунтовых вод представлены в табл. 2.4. Активному развитию процессов теплопереноса в районах АЭС способствуют следующие факторы значительная заглубленность тепловыделяющих элементов энергетического комплекса в массивы горных пород техногенное усиление инфильтрационного питания грунтовых вод, сопровождающееся подъемом их уровней и ростом скоростей фильтрации повышенным водопотреблением АЭС по сравнению 65 с другими объектами (в среднем около 2 мс против 1,1 мс на ТЭЦ при безвозвратных потерях 1 мс на каждые 1000 мВт. Таблица 2.4 Нагрев грунтовых вод АЭС на различном расстоянии от источника Параметр Номер термометрической скважины 1 2 3 4 5 6 7 8 Расстояние от источника нагрева, м 25 75 100 125 150 650 750 1000 Повышение температуры грунтовых вод, С 11,0 3,5 2,2 1,5 1,2 1,0 0,7 0,5 Установлено, что наиболее высокие температуры грунтовых вод фиксируются в зоне охладительного бассейна АЭС и промплощадки. В зоне транзитного движения, как правило, ограниченного в разрезах местным водоупором, отмечается относительная равномерность прогрева грунтовых вод. Наблюдают область устойчивого повышения температуры грунтовых вод от внешнего контура промплощадки и до зоны естественного движения грунтового потока (область конвективного переноса тепла. рослеживается тесная связь режима развития теплового поля с геофильтрационными параметрами подстилающих пород, проявляющаяся в сходном характере изменения градиентов уровней и температур. Четвертый важнейший фактор техногенного влияния АЭС на геологическую среду связан с изменением геохимической обстановки. Как известно, современные атомно-энергетические комплексы представляют собой разветвленную цепь специфических промышленных объектов, среди которых выделяются предприятия начального и среднего этапов (по добыче и переработке руд, обогащению урана, производству топлива сами атомные электростанции предприятия попе- реработке отработанного топлива объекты временного хранения и окончательного захоронения радиоактивных отходов. Все эти объекты должны находиться в сфере действия мониторинга геологической среды. В результате их деятельности образуются газообразные, жидкие и твердые радиоактивные и другие отходы, которые частично поступают в окружающую и геологическую среду. Они и вызывают различные изменения радиационной, гидрохимической и геохимической обстановки. В табл. 2.5 приведены основные загрязнители окружающей среды. |