CC BY
373
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 1 (14)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 556.3: 626.81+637.67
Г идрогеоэкологические условия полигонов твердых бытовых и промышленных отходов в Пермском крае
Ю.А. Килин, И.И. Минькевич, О.В. Клёцкина, В.А. Катков
Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: iks-org@mail.ru
(Статья поступила в редакцию 3 сентября 2011 г.)
Рассмотрены гидрогеологические условия размещения полигонов твердых бытовых и промышленных отходов в разных районах Пермского края. Дана оценка защищенности подземных вод на некоторых существующих и проектируемых полигонах.
Ключевые слова: гидрогеоэкология, полигоны твердых отходов, Пермский край.
Введение
Проблемы охраны литосферы и гидросферы от загрязнения при складировании твердых промышленных и бытовых отходов входят в ряд первоочередных в современном мире. С каждым годом увеличиваются площади, занимаемые несанкционированными свалками, следовательно, возрастает угроза загрязнения новых территорий, что приводит к ухудшению качества подземных и поверхностных вод.
В Пермском крае на учёте находится более 400 свалок общей площадью свыше 2000 га. Из них только 160 свалок и ведомственных полигонов складирования отходов разрешены органами охраны природы и территориальными администрациями. В большинстве случаев санитарное состояние свалок неудовлетворительно по причине отсутствия ограждения отходов; отсутствуют мероприятия по очистке сточных вод и фильтрата; нарушены границы полигонов; на свалках не предусмотрены изолирующие защитные экраны оснований складирования отходов; нару-
шаются технология складирования, нормы охраны санитарно-защитных зон и т.д.
Свалки твёрдых бытовых (ТБ) и промышленных отходов (ПО), промышленные и коммунальные стоки вод оказывают физико-химическое и химическое воздействие на земную кору, являются мощным постоянно действующим источником многих загрязняющих веществ и химических элементов, мигрирующих через грунтовые воды в поверхностные водотоки. Кроме того, полигоны складирования
- это среда для выживания и размножения возбудителей многих болезней (например, возбудитель дизентерии может жить от 5 до 24 сут). Поэтому рассматриваемая тема является достаточно актуальной в настоящее время.
В Пермском крае проектировать и размещать полигоны ТБО приходится в различных инженерно-геологических, геоморфологических и гидрогеологических условиях. На защищенность подземных вод существенное влияние оказывают техногенные или природные нарушения глинистого или суглинистого экранов (карьеры, буровые скважины, карстовые ворон-
© Килин Ю.А., Минькевич И.И. , Клёцкина О.В. , Катков В.А. , 2012
53
ки). Особое внимание при размещении полигонов следует обращать на естественную защищенность горизонтов подземных вод.
Оценка условий защищенности грунтовых вод
Качественная оценка условий защищенности грунтовых (по В.М. Гольдбергу) вод дается на основе показателей зоны аэрации: глубины залегания уровня подземных вод, строения и литологии пород, мощности слабопроницаемых отложений, фильтрационных свойств пород [1].
Качественная оценка природных условий защищенности грунтовых вод может быть выполнена на основе сопоставления категорий защищенности. Каждая категория защищенности отличается своей суммой баллов, зависящей от глубины залегания уровня грунтовых вод, мощности слабопроницаемых отложений и их литологии.
Более высоким категориям защищенности соответствует большая сумма баллов. Сумма баллов, обусловленная градациями глубин залегания грунтовых вод, мощностью слабопроницаемых отложений и их литологией, определяет степень защищенности грунтовых вод. По сумме баллов выделяются VI категорий их защищенности. Наименьшей защищенностью характеризуются условия, соответствующие категории I, когда сумма баллов < 5, наибольшей - категория VI, когда сумма баллов > 25.
В основе количественной оценки условий защищенности грунтовых вод лежит определение времени, за которое фильтрующиеся с поверхности земли загрязненные воды достигнут уровня грунтовых вод.
Приближенная оценка времени достижения уровня грунтовых вод фильтрующимися с поверхности сточными водами выполняется по формуле Цункера
т
т ^**
^----Н 1п*±1 С1-8 где
к щ I нЛ'где
п - пористость пород зоны аэрации,
Н0 - высота слоя сточных вод, к - коэффициент фильтрации, м/сут, ш - мощность зоны аэрации, м.
По времени достижения (в сутках) уровня грунтовых вод можно выделить следующие категории их защищенности: 1-г< 10; II- 10 < I < 50;
III - 50 < 1: < 100; ...; VI-1> 400.
Чем выше категория по времени достижения, тем лучше условия защищенности грунтовых вод.
Рассмотрим несколько различных участков размещения полигонов (как проектируемых, так и действующих):
- полигон ТБ и ПО на глинистых и суглинистых грунтах (д. Сафроны, пос. Голый Мыс, г. Пермь),
- полигон ТБО на суглинистых грунтах (г. Усолье),
- полигон ТБО в карстовом районе (г. Кунгур),
- полигон ТБО на песчаных грунтах (г. Чайковский),
- полигон ТБО на глинистых грунтах (г. Краснокамск),
- полигон ТБ и ПО на аллювиальных отложениях р. Камы (м/р Гайва, г. Пермь).
Полигон ТБО в карстовом районе (г. Кунгур)
Действующий полигон ТБО г. Кунгура размещен в северной части Ледяной горы на водоразделе рек Сылвы и Шаквы.
Ледяная гора представляет собой возвышенный, преимущественно гипсовый массив с платообразной поверхностью, протяженностью около 10 км, ограниченный с двух сторон р. Сылвой и ее притоком Шаквой. Высота Ледяной горы над урезом воды р. Сылвы составляет 80 м.
Основными источниками загрязнения района Ледяной горы является полигон ТБО, расположенный по оси водораздела Сылвы и Шаквы, а также птицефабрика «Комсомольская» в 5 км северо-восточнее
пещеры, автодорога Кунгур-Березовка, подъезд к туркомплексу «Сталагмит» и в д. Филипповку, автозаправочная станция, городское кладбище, сельскохозяйственные угодья, а также промышленные предприятия г. Кунгура, выбрасывающие в атмосферу различные загрязняющие вещества.
Городская свалка занимает площадь 36 га (из них санитарно-защитная зона составляет 7,5 га). Она введена в эксплуатацию в 1965 г. Расчетный срок эксплуатации 40 лет. Вместимость 2,8 тыс. м3, на
1.01.03 объем мусора на свалке - 2,5 тыс. м3, что составляет 90 % (рис.1).
Рис.1. Полигон ТБО в карстовом районе (г. Кунгур)
С востока к свалке примыкает не заполненный мусором старый карьер длиной 60 м, шириной 20 м, глубиной до 6 м, простирающийся в северо-восточном направлении. Центральная часть его заболочена, в юго-западной части - яма, заполненная мазутом.
С поверхности свалки насыпан мусор, представленный бытовыми и промышленными отходами. В процентном соотношении мусор делится следующим образом: бумага - 54 %, древесина - 8 %, камни -12 %, текстиль, кожа - 7 %, резина - 6 %, стекло - 3 %, металл - 2 %, пищевые отходы - 2 %, прочие - 6 %. В основании свалки образовалась «верховодка» -фильтрат толщиной 0,3 м. Толщина слоя мусора 0,3-7,0 м.
Поверхностные (талые и дождевые) воды и фильтрат от свалки через поноры карстовых воронок и трещины просачиваются внутрь карстового массива, но из-за
высокого заиления дна карстовых воронок в некоторых из них образуются карстовые озера. Поверхностные воды разгружаются в северном и северо-западном направлении в долину р. Шаквы и на юго-восток к р. Сылве (район Кунгурской пещеры). Поверхностные воды пресные, по химическому составу НСОз-Ш-Са, НСОз-№, С1-SO4-HCOз-Na-Ca. В пробах воды, отобранных ниже свалки из карстовых озер, отмечено повышенное содержание Fe, а также наличие нитратов. По результатам спектрального анализа зафиксировано повышенное содержание Ва (в 11 раз выше ПДК).
Пробы воды, отобранные из пещеры, по химическому составу SO4-HCOз-Ca, слабоминерализованные. В них также отмечено наличие нитратов.
По Гольдбергу, территория относится к IV категории защищенности (сумма баллов - 17).
По Цункеру, исследуемый участок относится к VI категории защищенности (защищенные) без учета карста.
Для оценки карстоопасности полигона была оценена территория выше автодороги Кунгур-Березовка площадью 1,153 км2. На этой площади описано 92 карстовые воронки и 1 карстовое озеро.
В пределах исследованной площади преобладают воронки, преимущественно чашеобразные, конусообразные, размерами от 2 до 35 м (со средним диаметром 8,2 м), глубиной от 0,4 до 10,0 м (средняя глубина 2,8 м).
Борта и днища многих воронок залесены, поросли кустарником, задернованы. В некоторых воронках встречены обнажения выветрелого гипса. На период обследования (июль 2002 г.) в единичных воронках обнаружена вода, в некоторых мазут. По возрасту воронки старые, молодые. Активизации карстовых процессов при карстологическом обследовании не обнаружено. По генезису карстовые воронки относятся к суффозионно-карсто-вым.
Непосредственно на свалке (складируемых твердых бытовых отходах) была об-
наружена карстовая воронка овальная размерами 3 х 2 м, глубиной 2,5 м, с крутыми обрывистыми стенками. По возрасту воронка свежая. По генезису провально-карстовая.
В соответствии с СП 11-105-97 часть II территория Ледяной горы по интенсивности провалообразования неравномерная: от категории Ю - очень неустойчивая - с интенсивностью провалообразования более 1 случая в год на км2 до УВ с интенсивностью провалообразования менее 0,01 случая в год на км2. Площадка полигона ТБО относится к категории ГУВ - пониженной устойчивости - с интенсивностью провалообразования от 0,01 до 0,05 случаев в год на км2, со средним диаметром провалов от 3 до 10 м ( по СП 11-10597).
Размещение полигона ТБО в карстовом районе, в данном случае на Ледяной горе, согласно ТСН-22-308-98 НН предусматривает строительство защитного экрана основания полигона складирования, выбор схемы которого зависит от инженерно-геологических условий, параметров прогнозирования карстопроявлений. Площадка относится к категории ТУВ. Желательно применение экранов из монолитных асфальтополимербетонных материалов, расстояние от провалов (воронок) должно быть не менее 100 м от центра провала (воронки) и не менее 50 м от края провала (воронки) и мульды оседания.
Для наших условий при !УЪ категории устойчивости (непосредственно участка полигона) рекомендуется провести следующие мероприятия для рекультивации свалки:
- тампонирование близлежащих карстовых воронок глинистыми грунтами с послойной трамбовкой,
- вырывание мусора с приданием уклона в сторону долины р. Шаква, создание глинистого экрана с поверхности складируемых твердых бытовых отходов с целью предотвращения инфильтрации атмосферных осадков и образования фильтрата в основании полигона,
- восстановление почвенно-растительного слоя с последующей посадкой кустарника,
- обваловка полигона дамбой из глинистых грунтов (боковой экран),
- ликвидация (вывоз) на очистные сооружения естественных прудов (озер-воронок) с нефтепродуктами, находящимися на территории свалки, и их тампонаж глинистым грунтом,
- проведение мониторинга за карстовыми процессами непосредственно на полигоне,
- проведение гидромониторинга за подземными водами на прилегающей территории (скв. в д. Полетаево, Кунгурская пещера).
Полигон ТБО на песчаных грунтах (г. Чайковский)
Площадка под полигон ТБО Чайковского расположена в 6 км от города. В геоморфологическом отношении территория полигона приурочена к водораздельному склону и четвертой террасе р. Камы. Абсолютные отметки поверхности земли колеблются в пределах 150,2-
169,3 м. Наиболее возвышенная часть площадки располагается в центре и ближе к ее северной границе. Наиболее понижен юго-восточный угол площадки.
Поверхность площадки была покрыта густым смешанным лесом (в настоящее время сводимым) и интенсивно задернована, неровная, холмистая, осложнена промоинами и ложбинами с пологими склонами.
В геолого-литологическом строении территории принимают участие нерасчле-ненные аллювиально-делювиальные и элювиальные отложения четвертичного возраста, и подстилающие их образования татарского яруса.
Встречены отвалы насыпного грунта мощностью не более 0,5 м, представленные песком разнозернистым с корнями растений и включением органических веществ.
Аллювиально-делювиальные отложения залегают под почвенно-растительным слоем (мощностью 0,2 м) и представлены песками мелкими, влажными, мощностью до 6,5 м, реже гравелистыми и гравийными грунтами с супесчаным, суглинистым заполнителем до 2,8 м, а также суглинками от полутвердой до текучепластичной (реже) консистенции. Мощность суглинков достигает 8,4 м. Почти повсеместно под аллювиально-делювиальными отложениями развиты элювиальные аргиллитоподобные и алевристые глины красно-коричневого цвета твердой и полутвердой консистенции. Максимальная мощность глин составляет 3,2 м.
Подстилаются четвертичные отложения скальными образованиями пермского возраста, представленными алевролитами глинистыми и аргиллитами характерного красновато-коричневого цвета с подчиненными маломощными прослоями песчаников, выветрелыми, сухими. Максимальная вскрытая мощность аргиллитов и алевролитов достигает 23,0 м. Скальные грунты вскрыты на глубинах 0,7-1,3 м от поверхности земли (отметки кровли 137,5-
164,3 м).
Подземные воды на площадке полигона ТБО в пределах исследованных глубин не встречены.
На момент изысканий в пределах выровненной плоской вершины водораздельного пространства, расположенной в основном в западной части территории вскрыты подземные воды типа «верховодка», приуроченные к влажным пескам, залегающим на водоупорных суглинках и глинах. Уровни подземных вод типа «верховодка» зафиксированы на момент изысканий на глубинах 0,8-3,4 м от поверхности земли. Питание происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка - в тальвегах ручьев и оврагов, распложенных за пределами исследуемой территории, а также за счет испарения.
По трассе сбросного канала (скв. 32) на глубине 7,0 м от поверхности земли (абс. отм. 128,7 м) вскрыта вода татарского водоносного комплекса в алевролитах.
Вскрытая мощность обводненной зоны 2,0 м. Вода ненапорная. Режим сезонный климатический.
По данным лабораторных исследований можно рекомендовать для расчетов следующие средние значения коэффициентов фильтрации Кф:
- пески мелкие с прослоями супеси -0,45 м/сут,
- гравийный грунт - 0,06 м/сут,
- глины - 0,003 м/ сут,
- суглинки - 0,005 м/сут,
- алевролиты, аргиллиты - 0,017 м/сут.
Учитывая высокие фильтрационные свойства песков и гравийных грунтов при строительстве полигона необходимо произвести выемку этих грунтов или предусмотреть мероприятия по их гидроизоляции.
Суглинки, глины четвертичные можно считать относительным водоупором. По химическому составу воды сульфатно-натриевые, сульфатные, сульфатно-гидрокарбонатные с минерализацией не более 0,1 г/л.
При эксплуатации полигона возможно появление фильтрата. При большой мощности фильтрата имеется вероятность возникновения направленного потока с северного участка полигона в северо-западном направлении по азимуту 335-350° в сторону р. Северной; с центрального участка в юго-восточном направлении по азимуту 105° в сторону р. Южной; с южного участка в юго-восточном направлении по азимуту 135° в сторону р. Южной. Уклон изменяется от 0,036 до 0,08.
Площадка данного полигона ТБО имеет благоприятное расположение, так как:
Н находится в 6 км от г. Чайковский и на незначительном расстоянии от дороги с твердым покрытием;
Н роза ветров благоприятна (преобладают юго-западные ветры);
Н место обособленное, свободное от застройки, открытое, хорошо проветриваемое возвышенное;
Н имеется возможность расширения.
Площадка полигона ТБО по количественной оценке относится к VI катего-
рии защищенности подземных вод от поверхностного загрязнения, по качественной оценке - к IV категории (недостаточно защищенные).
Для контроля за качеством грунтовых и поверхностных вод необходимо заложить
1 контрольную скважину выше полигона по потоку подземных вод, другую - ниже полигона для учета влияния складирования ТБО.
Для защиты от смыва грунта с откосов полигона необходимо их озеленять в виде террас.
Для создания глинистого экрана можно использовать глинистый грунт из карьера, расположенного в 1,5 км от д. Гаревая (на расстоянии 15 км от полигона ТБО). Коэффициент фильтрации глинистых грунтов - 0,0004 м/сут.
Полигон ТБО на глинистых грунтах (г. Краснокамск)
Полигон ТБО г. Краснокамска находится на территории Краснокамского района в пределах существующего карьера Бе-крятского месторождения глин, в юго-восточной части.
Площадка под полигон (~10 га) расположена севернее г. Краснокамска на расстоянии 10 км, в 9,5 км северо-западнее ст. Оверята, до ближайшего населенного пункта - д. Запальта - 1 км (рис. 2). В санитарно-защитную зону полигона (500 м) попадает подсобное хозяйство «Нива», которое необходимо ликвидировать.
В геоморфологическом отношении полигон ТБО расположен на водоразделе рек Городище и Заберезовка. Дно карьера изрыто. Площадка имеет общий уклон в юго-восточном направлении. Отметки поверхности изменяются от 134,8 до 148,6 м. Отрицательных инженерно-геологических процессов на площадке не отмечается.
В геологическом строении площадки принимают участие элювиально-делювиальные грунты - суглинки, глины мощностью до 8,5 м (средняя мощность - 4,2 м), подстилаемые скальными грунтами -аргиллитами с прослоями алевролитов,
песчаниками, вскрыши мощностью до 10 м. Мощность глинистых грунтов в южной части полигона изменяется от 0 до
1,0-1,2 м; в северной части мощность около 2 м; в западной части увеличивается до 8 м.
Рис.2. Полигон ТБО на глинистых грунтах (г. Краснокамск)
В гидрогеологическом отношении на площадке полигона воды четвертичного и шешминского водоносного горизонта, гидравлически связанные между собой, вскрыты на отметках 130-145 м. Воды ненапорные, пресные, по химическому составу НС03^04-Са. Режим сезонный климатический, питание атмосферное. Разгрузка грунтового потока происходит в юго-восточном направлении к Бекрятско-му логу. Уклон грунтового потока изменяется от 0,014 до 0,05.
Грунтами основания свалки являются элювиально-делювиальные грунты - глины, суглинки.
Коэффициенты фильтрации зоны аэрации суглинистых грунтов изменяются от 0,0008 до 0,0012 м/сут, сильнотрещиноватых скальных грунтов - 0,1 м/сут.
Учитывая незначительные Кф глинистых грунтов (< 0,0083 м/сут), их рекомендуется применять в качестве экрана основания полигона. В местах, где мощность глинистых грунтов меньше 1 м, мощность экрана следует увеличить от 0,5 до 1,0 м с обязательным послойным уплотнением. Коэффициент фильтрации глинистых грунтов при оптимальных
условиях ^0=0,212, максимальная плотность 2,01 г/см3) составил 0,0001 м/сут.
Время достижения загрязненными веществами уровня подземных вод составляет 557 сут, что соответствует VI категории защищенности.
По сумме баллов (218) территория полигона относится к IV категории защищенности (недостаточно защищенные).
На основании проведенных изысканий можно заключить, что выбранная площадка удовлетворяет требованиям нормативных документов для размещения полигона.
Пространственное размещение,
обустройство и эксплуатация полигона ТБО не вызовут значительных изменений в геологической среде.
Предполагается организовать систему гидрогеологического и гидрогеохимического мониторинга для наблюдений, оценки и прогноза состояния подземных вод, основанного на результатах опробования и химико-аналитических определений загрязняющих компонентов в наблюдательных скважинах, расположенных относительно полигона выше и ниже по потоку подземных вод.
Полигон ТБ и ПО на аллювиальных отложениях четвертой террасы р. Камы (м/р Гайва)
На территории г. Перми в течение 30 лет эксплуатировался полигон складирования твердых бытовых и промышленных отходов, находящийся на правом берегу р. Камы в 3 км на северо-восток от м/р Г айва. Он располагается в пределах IV надпойменной террасы долины р. Камы с абсолютными отметками поверхности 160-175 м и, отчасти, высокой равнины, представленной водораздельной возвышенностью (максимальные абсолютные отметки 178,9-190,3 м) между Камским водохранилищем и р. Мостовой — левым притоком р. Гайвы, впадающей в р. Каму ниже плотины Камской ГЭС. Общая площадь полигона на 01.08.95 составляла 74355 м2 , средняя высота отвала - 5,4 м.
Его наибольшая длина - 425 м, наибольшая ширина - 300 м. Общий объем отходов, складированных на полигоне, равен 401500 м3 (рис. 3).
Рис.3. Полигон складирования твердых промышленных и бытовых отходов АО «Камка-бель»
Специальными работами установлено, что промышленные отходы содержали около 32 тыс.т меди, для извлечения которой требуются разработка и применение экологически чистой и экономически эффективной технологии.
Твердые бытовые отходы составляют 80 % общего объема складированных отходов. Они являются средой для выживания и размножения возбудителей многих болезней. Возбудитель дизентерии может жить от 5 до 24 сут, инфекционного гепатита, полиомиелита, брюшного тифа - до 100-150 сут.
Характеризуемая территория имеет типичные гидрогеологические условия, свойственные платформенным структурам. Зона активного водообмена здесь сложена четвертичными отложениями, содержащими грунтовые воды в основном в аллювиальных галечниково-песчано-су-глинистых породах IV надпойменной террасы долины р. Камы, образующими общий обводненный комплекс с трещинногрунтовыми водами в песчаниках и алевролитах шешминского горизонта уфимского яруса верхнего отдела пермской системы. Подстилающий водо-упор ввиду недостаточной глубины (20-25
м) пробуренных гидрогеологических скважин на территории полигона не вскрыт. Вероятно, он представлен аргиллитоподобными глинами.
По геолого-гидрогеологическому районированию, проведенному Е.А. Иконниковым (1992), исследуемая территория относится к району распространения подземных вод в породах уфимского яруса, залегающих под четвертичными образованиями мощностью более 5 м, к подрайону развития слабоводоносного шешминского терригенного комплекса, к участку, на котором покровные четвертичные отложения представлены преимущественно суглинками и супесями.
Насыпное «тело» свалки — это емкий резервуар инфильтрационных и отжимных вод, регулирующий питание грунтового потока. Западная граница бассейна грунтовых вод с нулевым инфильтрацион-ным питанием проходит в 250 м от границы полигона. Она протягивается с севера на юг субпараллельно р. Мостовой. Необходимо особо отметить, что непосредственное воздействие полигона складирования ТБ и ПО на подземные воды левобережной части бассейна р. Мостовой в настоящее время не проявляется.
Общая площадь области инфильтраци-онного питания грунтовых вод характеризуемого участка составляет 20 га. Она включает и площадь полигона. Если принять коэффициент подземного стока равным 0,2 по отношению к норме атмосферных осадков, то объем подземного стока, формирующегося на полигоне под загрязняющим воздействием бытовых и промышленных отходов, в среднем составит
1,0-1,2 дм3 /сут или 85-100 м3/сут. Эти расчеты вполне удовлетворительно совпадают с фактическими измерениями подземного стока в р. Мостовую.
Дебит обследованных родников в долине р. Мостовой не превышает 0,5 л/с. Измеренный приток подземных вод в р. Мостовую (март, 1995 г.) составил всего лишь 11 л/с. Модуль подземного стока на характеризуемом участке не превышал 3,8 л/с-км2. Основная часть разгрузки подзем-
ных вод происходит на левом берегу со стороны водораздельной возвышенности, граничащей со свалкой. Разгрузка подземных вод происходит и в долине р. Шустовка. Модуль подземного стока в ее бассейне значительно уменьшен - до 1,6 л/с-
км2.
Водообильность пород на исследуемом участке несколько меньше, чем в целом в бассейне р. Мостовой (7,4 л/с-км2), но этот удельный показатель близок к модулю подземного стока, установленному в бассейне р. Гайвы, - 3,4 л/с-км2.
По результатам бурения специальных гидрогеологических скважин мощность четвертичных отложений на площадке изменяется от 12 до 22,5 м. В верхней части разреза вертикальная инфильтрационная неоднородность пород может обусловить формирование верховодки в супесчаных и песчаных отложениях.
Горизонт грунтовых вод вскрыт на площади свалки на глубине от 7,5 до 17,9 м. Наблюдения, проведенные в гидрогеологических скважинах с ноября 1994 г. по октябрь 1995 г., подтвердили непосредственную связь свободного уровня грунтовых вод с сезонными изменениями интенсивности питания за счет инфильтрации атмосферных осадков. Минимальный статический уровень грунтовых вод зафиксирован в марте-начале апреля, максимальный - в мае.
Абсолютные отметки уровня грунтовых вод на исследуемом участке изменяются от 153,3 до 155,5 м. Гидравлическая связь грунтовых вод характеризуемого участка с Камским водохранилищем отсутствует, так как максимальные отметки уровня водохранилища в период наполнения составляют 109 м.
Полученные материалы по условиям формирования, залегания и движения грунтовых вод свидетельствуют о том, что выбор площади для полигона складирования ТБ и ПО произведен без должного учета естественных гидрогеологических условий. Отсутствие водоупорного основания под насыпным «телом» свалки обусловило интенсивную фильтрацию загряз-
ненных сточных вод отвала совместно с атмосферными осадками. Устранение этого «гидрогеологического дефекта» в настоящее время практически невозможно.
Воздействие свалки на состав поверхностных вод в настоящее время проявляется пассивно. Оно не повлияло пока на существенное изменение гидрохимического облика поверхностных русловых вод, но признаки усиливающегося загрязнения отчетливо фиксируются.
Слабое воздействие полигона складирования отходов на поверхностные водотоки объясняется сравнительно малой площадью области питания грунтовых вод и активной круглогодичной инфильтрацией атмосферных осадков и загрязненных поверхностных вод, питающих грунтовые потоки. Условия взаимосвязи загрязненных поверхностных и подземных вод на территории, прилегающей к полигону, требуют специального изучения. Несомненно одно, что по мере продвижения загрязненных грунтовых вод к югу санитарное состояние р. Мостовой ухудшится.
Грунтовые воды являются наиболее уязвимым объектом загрязнения растворенными компонентами, поступающими из насыпного «тела» свалки. Отсутствие под ним водоупорных пород и искусственных непроницаемых экранов, наличие проницаемых супесей и суглинков в зоне аэрации, круглогодичное питание грунтовых вод в условиях избыточного увлажнения территории и ряд других обстоятельств создали весьма благоприятные возможности для постоянного проникновения загрязняющих компонентов в первый от поверхности земли водоносный горизонт. Интенсивное многокомпонентное загрязнение грунтовых вод растворимыми природными и техногенными соединениями, содержащимися в отходах, основательно изменили естественный гидрохимический облик подземных вод на характеризуемом участке.
Вместо зональных НС03-Са-М^, НС03-Са^04 вод с минерализацией до 0,4-0,5 г/дм3, здесь сформировались азональные
НСО3-С1-Са, НСО3-Са-С1 гидрохимические фации с большим сухим остатком (до 2,6 г/дм3), исключительно высокими содержаниями гидрокарбонатного иона (1049 мг/дм3), ионов хлора (до
782 мг/дм3), ионов кальция (до
489 мг/дм3), а также органических соединений.
По сумме баллов территория полигона относится к I—III категории защищенности.
Полигон складирования твердых промышленных и бытовых отходов АО «Кам-кабель» являлся постоянно действующим источником многих загрязняющих веществ и химических элементов, мигрирующих в грунтовых потоках в Камское и Воткинское водохранилища на р. Каме, а также очагом интенсивного бактериального загрязнения подземных вод.
Пермский полигон ТБ и ПО на глинистых и суглинистых грунтах (д. Сафроны)
Полигон захоронения твердых бытовых и промышленных отходов находится на территории Пермского района в 22 км от г. Перми (рис.4).
В геоморфологическом отношении площадка полигона ТБО приурочена к III левобережной террасе р. Сылвы, находится на склоне долины р. Бродовой между ее притоками р. Татарка и р. Соломинка. Рельеф неровный с общим уклоном 0,10,04 в северо-восточном направлении к пойме р. Бродовой, протекающей в 500 м к востоку от площадки. Высотные отметки поверхности полигона изменяются от 133 до 202 м.
Территория, примыкающая к площадке, осложнена оврагами северо-восточного простирания, оврагом V-образной формы шириной до 200 м глубиной до 18 м. С юга площадка полигона также ограничена оврагом V-образной формы шириной до 80 м, глубиной до 10 м, борта закустаре-ны.
Вокруг свалки лесной массив. Площадка под свалку огорожена дамбой обвало-
вания высотой до 6 м, шириной в основании до 12 м.
Свалка введена в эксплуатацию в 1978 г. Площадь свалки равна 56 га. Площадь санитарно-защитной зоны - 6 га. Объем мусора - 27250000 м3. Плотность сложения 1,2-1,3 т/м3. Степень заполнения свалки - 120 %.
В течение длительного времени на свалке происходит выгорание твердых бытовых отходов, чаще в виде тления. Г о-рение свалки создает ореол рассеяния микроэлементов - продуктов сгорания - на многие километры.
Грунтами основания свалки являются элювиально-делювиальные грунты - глины и суглинки мощностью до 2 м и силь-новыветрелые скальные грунты (аргиллиты, алевролиты, песчаники).
Коэффициент фильтрации зоны аэрации для глин составляет 0,002 м/сут, суглинков - 0,02 м/сут, сильновыветрелых скальных грунтов - 0,3 м/сут.
Мощность элювиально-делювиальных грунтов - 2 м, мощность зоны аэрации сильновыветрелых скальных грунтов изменяется от 10,1 до 28 м (средняя мощность 19 м).
Время достижения загрязненными веществами уровня подземных вод составляет 119 сут, что соответствует IV категории защищенности.
По сумме баллов территория свалки относится к III категории защищенности.
Свалка сложена бытовыми и промышленными отходами. Твердые отходы представлены макулатурой, черными, цветными металлами, стеклом, пластиком, полиэтиленом, пищевыми отходами, строительным мусором. Мощность мусора достигает 13,5-16,5 м (по данным геофизики).
По данным геофизических исследований стенки скважин, пройденных через мусор, кавернозные. Диаметр каверн от 20 до 40 мм. Это связано с горением бытовых отходов в теле свалки, в результате чего образуются пустоты. Температура в теле свалки колеблется от 21 до 39°С. В ряде скважин отмечен повышенный радиоактивный фон от 10 до 20 мкр/ч.
В пределах площадки полигона под ТБО развиты воды шешминского водоносного горизонта, встреченные на глубинах 22,3-36,5 м от поверхности земли (отметки 152-172 м) в скальных грунтах - аргиллитах, алевролитах, песчаниках. Мощность водовмещающих грунтов до 36 м.
Общее движение потока подземных вод направлено на северо-восток в сторону к р. Бродовой. Местная разгрузка происходит на севере (направление 15°) и юго-востоке (направление 135°). Гидравлический уклон составляет 0,07-0,3. Скорость фильтрации потока изменяется от
0,6 до 0,92 м/сут.
Модуль подземного стока 4 л/сек-км2. По данным геофизики дебит скважин изменяется от 0,45 до 9,5 л/с.
Воды по химическому составу НС03-SO4-Na, Cl-Ca-Mg, пресные, слабоминерализованные, в некоторых скважинах с повышенным содержанием аммония. Режимные наблюдения за изменением химического состава воды показали влияние свалки с мая по август. Минерализация и содержание основных компонентов в воде увеличивается. В августе содержание N02, N0^ Fe в воде значительно снижается. По содержанию микроэлементов существенного влияния свалки на подземные воды не установлено.
Атмосферные осадки, просачиваясь сквозь тело свалки, стекают в окружаю-
щие лога и частично скапливаются в разуплотненных участках в виде вод типа «фильтрат». При бурении «фильтрат» встречен на глубине 6,0 м. Мощность «фильтрата» достигает 8 м. По химическому составу вода НС03^04-Ыа среднеминерализованная. Согласно Сан-ПиН 2.1.4.559-96 концентрация ионов S04, С1, N03, N02, Fe в «фильтрате» превышает ПДК.
Вода, отобранная из ручьев, стекающих со свалки, по химическому составу S04-№-НС03 (среднеминерализованная) и С1-НС03-Ыа (сильноминерализованная). В этих водах концентрация ионов S04, С1, N02, N03, КЩ Fe превышает ПДК в несколько раз.
Вода, отобранная из поверхностных вод (река Бродовая, Соломинка, Татарка) пресная, по химическому составу НСО3-Са.
В поверхностных водах местами отмечено повышенное содержание Мп и Ва. Санитарно-бактериологическое опробование поверхностных вод и «фильтрата» не показало наличия патогенной микрофлоры.
Полигон ТБО на суглинистых грунтах (г. Усолье, с. Усть-Пыскор)
Площадка под полигон расположена в
2 км к югу и юго-западу от жилого сектора с. Усть-Пыскор, в 900 м от автодороги Усолье-Березовка.
Площадка под полигон имеет размеры 135 х 85 м и представляет собой отработанный карьер суглинка. В настоящее время значительная часть карьера заполнена отвалами ТБО, представленными бревнами, досками, кусками бетона, обломками стекла, стеклопосудой, ящиками, проволокой, фрагментами металлических конструкций.
В геоморфологическом отношении площадка расположена в верхней части левого склона водораздела р. Пыскорки. Склон водораздела имеет уклон к реке от
3 (в верхней части) до 10о (в нижней). Вокруг карьера поверхность задернована. В
южной части площадки, за ее пределами, имеется продолжение карьера. Обе части карьера отгорожены друг от друга отвалом грунта в виде дамбы высотой 1,21,8 м, шириной 5 м. Сразу за дамбой открываются два глубоких лога, выходящие в долину р. Пыскорка. В 20 м западнее карьера, перпендикулярно склону проходит глубокий каньонообразный овраг глубиной вверху 1 м, внизу около 4 м, шириной вверху 2 м, внизу около 6 м. Поверхность площадки под полигон изрыта. Отметки поверхности изменяются от 150,21 до 161,67 м. Высота стенок карьера от 1-1,5 до 3-5 м. Отрицательных физикогеологических процессов, в пределах площадки под полигон не отмечено. За пределами площадки под полигон, в нижней части склона, отмечена овражная эрозия.
В геологическом строении полигона принимают участие элювиально-делювиальные отложения современного отдела четвертичной системы, представленные суглинками туго-мягкопластичными; элювиальные отложения современного отдела четвертичной системы, представленные суглинками полутвердыми с линзами глины полутвердой и единичными включениями дресвы аргиллита; подстилаемые скальным грунтами - сильновыветрелыми аргиллитами и алевролитами.
В гидрогеологическом отношении на участке работ вскрыты воды типа «верховодка» на территории, прилегающей к карьеру, в скв. 1,3. «Верховодка» вскрыта на глубине 2,0-2,3 м от поверхности земли на контакте элювиально-делювиальных суглинков и более плотных элювиальных суглинков и аргиллитов. Мощность «верховодки» 2,7 м. Причинами проявления «верховодки» является медленное просачивание из-за низких фильтрационных свойств водовмещающих грунтов поверхностных вод, появившихся в неблагоприятное время года.
Первым постоянным водоносным горизонтом являются воды шешминского тер-ригенного комплекса. Они вскрыты на глубинах 15,2-23,0 м от поверхности земли (отметки 138,5-140,3 м) в алевролитах.
Вскрытая мощность водовмещающих грунтов 2,0-4,8 м. Воды ненапорные, пресные. По химическому составу НС03-S04-Cl-Ca-Na. По СНиП 2.03.11-85 не агрессивны по всем показателям для бетонов любой водонепроницаемости, при свободном доступе кислорода среднеагрессивны на металлические конструкции.
На расстоянии 300 м ниже по склону от площадки под полигон отобрана проба воды из пластового выхода подземных вод. Вода из родника пресная, по химическому составу НС03-Са.
В юго-западной части с. Усть-Пыскор, на расстоянии 500 м от жилой зоны пройдена артезианская скважина № 33977. Скважина имеет дебит 20 м3/ч и используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
По количественной оценке площадка относится к V категории защищенности. Время достижения уровня грунтовых вод фильтрующимися с поверхности сточными водами составит 303 сут.
По качественной оценке территория относится к III категории защищенности (сумма баллов - 14).
Основание полигона сложено слабоводопроницаемыми суглинками с коэффициентом фильтрации 0,0031 м/сут, т.е. дополнительных противофильтрационных мер для уменьшения водопроницаемости грунтов не требуется.
Заключение
Полигоны ТБО в Пермском крае располагаются в районах с различными условиями: на песчаных отложениях, глинистых и суглинистых грунтах, в районах сульфатного и карбонатного карста, на участках камских надпойменных террас.
Оценка защищенности подземных вод проводится по балльной системе, которая определяется по совокупности показателей, характеризующих условия защищенности грунтовых вод - это мощность зоны аэрации, суммарная мощность сла-
бопроницаемых отложений в разрезе, их литология и фильтрационные свойства. Всего существует 6 категорий защищенности.
Особое внимание при размещении полигонов следует обращать на естественную защищенность горизонтов подземных вод.
К числу благоприятных природных факторов, значительно снижающих отрицательное воздействие полигона на водные объекты, относится наличие в его основании естественного геологического барьера, например, слоя глинистых пород, который способен эффективно препятствовать выносу загрязнителя полигона в горизонты подземных вод. Примером является площадка под ТБО на глинистых грунтах г. Краснокамска с VI категорией защищенности. Чего нельзя отметить на полигоне ТБ и ПО м/р Гайва г. Перми, имеющем I—III категории защищенности и, как следствие, являющимся действующим источником многих загрязняющих веществ. Полигон ТБО г. Кунгура также не соответствует требованиям защищенности подземных и грунтовых вод от загрязнения.
Таким образом, в настоящее время необходимы меры по рекультивации полигонов ТБО с учетом инженерно-геологических и гидрогеологических условий; разработка и реализация системы мероприятий по контролю над их экологическим состоянием.
При выборе площадки под полигон ТБ и ПО должны быть проведены следующие мероприятия:
- построены карты гидроизогипс на максимальных и минимальных уровнях подземных вод, которые позволяют определить направление и скорость потока вод;
- при изыскательных работах должна быть создана режимно-наблюдательная сеть за подземными водами (из скважин).
Библиографический список
1. Абдрахманов Р.Ф. Техногенез в подземной гидросфере Предуралья/ УНЦ РАН. Уфа,1993. 208 с.
2. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод с природой среды. Л.: Гид-рометеоиздат,1987. 248 с.
3. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984. 262 с.
4. Килин Ю.А., Минькевич И.И., Акса-рин В.В., Вотинцев Д.В. Оценка геологических и гидрогеологических условий строительства и эксплуатации полигонов ТБО // Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды: матер. меж-дунар. науч. конф. Тольятти, 2005.
5. Килин Ю.А., Минькевич И.И. Оценка гид-
рогеологических условий размещения полигонов ТБ и ПО в Пермском Прикамье // Геология и полезные ископаемые западного Урала: матер. науч.-практ. конф.
Пермь, 2005.
6. Килин Ю.А., Минькевич И.И. Гидрогеологические условия размещения полигонов складирования ТБ и ПО в Пермской агломерации // Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование. Ч. 1. Оренбург-Пермь, 2008. С. 176-180.
7. Клёцкина О.В., Катков В.А. Проблемы геоэкологии полигонов ТБ и ПО в карстовых районах // Геология в развивающемся мире. Пермь, 2011. 383 с.
8. Минькевич И.И., Килин Ю.А. Активация карста и провалообразование на территории г. Кунгура и его окрестностей // Г ео-логия и полезные ископаемые западного Урала: матер. регион. науч.-практ. конф./ Перм. ун-т. Пермь, 2003. С. 248-249.
9. Михайлов Г.К., Гордеевцев Ю.Ф., Булдаков Б.А. и др. Воздействие полигонов складирования ТБ и ПО на приповерхностную гидросферу // Гидрогеология и карстоведение. Пермь, 1997. Вып. 12.
10. Плотников Н.И. Техногенные изменения гидрогеологических условий. М.: Недра, 1989. 268 с.
11. СанПиН 2.1.7.722-98. Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для ТБО.
12. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 (новая редакция СанПиН 2.2.1/2.1.1.2361-08). Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. М., 2008.
13. СП 2811-83. Санитарные правила устройства и сооружения полигонов для ТБО. М., 1983. 13 с.
14. СП 2.1.7.1038-01. Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов. М.: Минздрав России, 2001.
Hydrogeoecological Conditions of Landfills in the Perm Region
Yu.A. Kilin, I.I. Minkevich, O.W. Kletskina, W.A. Katkov
Perm State National Researching University, 614990, Perm, Bukirev St., 15. E-mail: iks-org@mail.ru.
Hydrogeoecological conditions of landfill distributions in the Perm Region are described. Evaluation of groundwater security for landfills is made.
Key words: hydrogeoecology, landfill, Perm Region.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук И.Н. Шестов
