Реферат:
Разгрузка кислотной шахтной воды в закрытых порах карстов карбонатов приводит к:
1. Введение.
Угольные образования стадии Lower Carboniferous Visean добываются в резервуаре Западный уральский Кизел. Уголь характеризует высокое содержание серы (к 6 %). Из 18 угольных шахт, которые работают в регионе, 8 характеризуют карстовые водные притоки средней величины, более чем 1000 m3/час и 3200 m3/час в случае внезапных водных перерывов. Интенсивный карст и обильная карстовая вода угленосного известняка - главные факторы, которые усложняют геологические условия угледобычи. Главная экологическая проблема в резервуаре Кизел - утилизация кислой шахтной воды.
2. Карстовая гидрогеология региона.
Современные карстовые строения горных массивов карбонатов, формирующихся в течение Олигоцен-миоценового периода, - результат деятельности воды. Потоки двига ются по мели по направлению к очень глубокой речной долине и растворяют на своем пути известняк. Это причина, почему карстовые закрытые поры оказываются на глубине около 1000-1100 м.
Система гидродинамически-связанного карстового дренажа - результат развития карстового горного массива. Система включает следующие элементы:
Как правило, карстовые водные потоки в угольных шахтах, проходят сквозь большие, широкие трещины осевых частей складок, от тектонических зон дефектов со смещением (дефекты разрыва, дефекты удара, и т.п.), и от карстовых закрытых пор.
Десорбция известняка в области (7 -17 микрон/год), органическая кислота биомассы Тайги и углекислота почвы поддержали образование HCO3-Ca воды, с минерализацией 0.06-1.5 грамма за литр и ближе к нейтральному pH (pH = 7.3-7.5) в карстовом водоносном слое, и насытил зоны.
Карст в регионе подвергнут опасности, покрыт аллювиальными отложениями, отныне карстовый водный режим в Зоне Vadose зависит от осадков.
Режим внешних потоков также зависит от осадков и связан с главными карстовыми реками, которые пересекают угледобывающий район, потому что аллювиальные отложения наполняют глинистые слои над и под слоем валуна. В данном случае аллювиальные отложения - непроницаемый слой. Главные карстовые реки региона при условиях искусственного снижения уровня грунтовых вод, оказывается, "сажаются" над карстовым уровнем грунтовых вод, изолированным от подземной воды.
Объединенно-карстовый уровень воды в известняках главной карстовой речной долины составляет почти 28-30 метра ниже уровня земли. В период низкого уровня воды, подземные воды не смешиваются с поверхностными. Такое смешивание возможно в период ливней (июнь и октябрь-ноябрь), когда карстовый уровень грунтовых вод повышается и отвечает за фильтрацию речной воды.
Малые карстовые потоки (потоки главных рек) характеризуют изменение поверхностного и подземного дренажа. Они смешиваются (атмосферный и подземный), и очень часто вытекают в главных реках, как большие родники. Зимой речки питаются только шахтной водой. Карстовые речки являются очень важной связью между гидродинамической и экологической системами региона.
Карстовые родники в потоке каменноугольного образования периодически. Потери родников возрастают после ливней к 40-50 литру за секунду, в то время как минимальные потери составляют 1-3 л/сек.
3. Влияние угледобычи на подземные воды.
Уголь добывается в регионе начиная с 18-го столетия, и в настоящее время, когда естественно-антропогенная система развилась на шахтных полях и окружающей территории. Эту систему характеризует специфическая гидродинамика, гидрохимия, минеральное образование и экологическое влияние (Максимович, Горбунова 1990).
Карстовый уровень грунтовых вод в пределах шахтных полей не статический. На водный режим воздействует истощение подземного карстового уровня (от 40-50 м.) грунтовых вод путем перекачивания шахтной воды. Уровень грунтовых вод падает из года в год, но осенью и весной уровень грунтовых вод повышается от 25-50 м.. Эта обстановка не типична для тектонических строений, где угольные слои погружаются на глубину 1500 м. и более, и для областей, где уголь не добывается. В таких местах карстовые родники постоянны и естественный уровень грунтовых вод существует.
Подземная карстовая вода частично изолируется от внешних потоков и активного загрязнения, по естественно-антропогенным причинам. Атмосферная вода, фильтруясь через них, приводит к загрязнению воды сульфатом на глубине 30-50 м.. Изменения гидрохимического HCO3-Ca состава приводят к загрязнению S04-HCO3-Ca (содержание SO4 достигает 300-350 мг/л, когда минерализация составляет 700-760 мг/л).
Химический состав воды угольной шахты зависит от содержимого серы, газообразных и распространенных элементов в каменноугольном образовании. Если содержимое серы в угле превышает - 4%, карстовая вода приобретает кислотную реакцию (pH = 2-3) и состав сульфата SO4-Fe-Al-Na-Ca, вода приобретает минерализацию 2.5-19 г/л. В течение эксплуатации угольных отложений, в связи с увеличенными водными потоками, минерализация может возрасти к 35 г/л. Содержимое свинца, меди, цинка, серебра, никеля и кобальта в шахтной воде повышается по сравнению с естественной карстовой водой.
4. Результаты сброса шахтной воды в карстовые закрытые поры.
Главная проблема с карстовыми речками (например, Губашка, Шумиха, Каменка) то, что производства горной промышленности часто используют для сброса шахтной воды реки и поэтому подземные воды становятся загрязненными.
Речки района угольной шахты Кизел имеют HCO3-Ca-Na гидрохимический состав с минерализацией 90-150мг/л; вода рек пресная и кислотность слегка превышает там, где потоки шахтной воды впадают в реку. Однако, ниже над содержимым шахтной воды превалирует минерализация S04-Fe-Al с с 640 до 5000-6000 мг/л. Содержимое сульфата варьирует от 1000 до 3700мг/л, железо с 160 до 900мг/л, алюминий с 11 до 160 мг/л, а pH с 2.5 до 2.9.
В течение прошлых нескольких лет сброс шахтной воды значительно изменил естественный режим карстовых речек. Взаимодействие кислотной шахтной воды со горными породами увеличивает водородный индекс и закрытые поры карстов достаточных количеств с железно-опорными отложениями (содержание до 46%). Где шахтная вода не фильтруется, уменьшение подземного дренажа решает исход увеличения поверхностного. Ранее загрязненная вода, очищаясь, проходит через карстовые туннели и закрытые поры и впадает в главные реки региона.
Соотношения поверхности и подземного дренажа речек зависит от степени наполнения карстовых закрытых пор отложениями, которые зависят от протяженности, объема, продолжительности, состава шахтной воды и величины карстовых закрытых пор. Например, реки Шумиха и Губашка при ненасыщенности имеют подземные потоки, но сейчас они имеют только внешние потоки, потому что карстовые закрытые поры полностью наполнены отложениями на глубине долины.
Карстовые закрытые поры под рекой Каменка находятся в начальной стадии наполнения и река имеет подземный поток долины. Химический состав воды от карстовых родников, которые впадают в устье реки, доказывает о самоочистке кислотной шахтной воды, когда они фильтруются через закрытые поры и трещины пород карбонатов. Химический состав смешанной загрязненной карстовой воды (имеется в виду с шахтной водой) не изменяется, если поток прошел через очень большие закрытые поры.
Химический состав воды главных рек не отличается значительно от той из речек, особенно в регионах дренажа и сброса шахтной воды. Они имеют загрязнение нитратом, кислотную реакцию (pH = 2.3-3.4), SO4-Ca-Mg гидрохимически обесцвечивается (SO4 к 270 мг/л) и минерализация 450-500 мг/л.
Нижние осадки так же имеют очень интенсивное загрязнение. Пробы воды показали изменение содержимого от HCO3-Ca к SO4-Ca. Химические, соленые составляющие увеличы от 300 до 9700 мг/л. Реакция изменилась от слегка кислой (pH = 5.5) к сильно кислой среде (pH = 2.5-4.0).
В настоящее время, осуществляются исследования с применением искусственных геохимических барьеров, чтобы восстановить интенсивность водного загрязнения (Н.Г. Максимович, С.М. Блинов, 1994).
Так что, разгрузка кислотной шахтной воды в карстовых закрытых порах разлагает геологическую окружающую среду. Это влияние включает загрязнение поверхности и подземной воды сульфатом, железом, алюминием, водородными ионами, и тяжелыми металлами. Гидродинамика регионов изменяется и карстовые ландшафты уничтожаются в результате этого влияния. Осадки от шахтной воды также становятся вторичными источниками загрязнения воды и почвы.