Критерии экологической оценки геологической среды в связи с воздействием нефтепродуктов | Вестн. Том. гос. ун-та. 2015. № 393.

Критерии экологической оценки геологической среды в связи с воздействием нефтепродуктов

Приводится характеристика критериев экологической оценки устойчивости геологической среды г. Томска к влиянию нефтепродуктов. Обосновывается выбор главных критериев, дается их детальная характеристика, приводится балльная оценка как каждого критерия в частности, так и суммарная балльность для выявления роли критериев в определении степени воздействия на геологическую среду нефтепродуктов. Даны результаты типизации геологической среды по степени воздействия нефтепродуктов и карта территории г. Томска с распределением типов устойчивости и их характеристикой.

Criteria for ecological estimation of the geological environment under the influence of oil products.pdf Мировой опыт показывает, что при добыче, транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов (НП) их проливы на грунты и водные поверхности случаются достаточно часто. Наибольшие загрязнения НП грунтов и грунтовых вод в пределах урбанизированных территорий наблюдаются на нефтебазах, складах горюче-смазочных материалов (ГСМ), у автозаправочных станций (АЗС), вблизи дорог. Например, по данным [1], в грунтах территории Семикаракорской нефтебазы содержатся нефтепродукты в количестве более 1 г/кг. Линзы нефтепродуктов мощностью до 13 м на поверхности грунтовых вод и площадью до 0,35 км2 выявлены на отдельных территориях предприятий в Иркутской области, Красноярском крае [2]. В Республике Хакасия в подземных водах четвертичных отложений концентрация НП достигает 39,7 мг/л [3]. На территории г. Томска функционируют 119 АЗС (на 2013 г.), что диктует необходимость оценки состояния геологической среды, меняющейся под воздействием нефтепродуктов. В этой связи представляемая нами работа, посвященная оценке устойчивости геологической среды к углеводородному загрязнению, является весьма актуальной. Изучением различных экологических проблем верхней части геологического разреза территории г. Томска мы занимались и ранее [4-6]. В основу оценки устойчивости геологической среды территории г. Томска положен алгоритм, предложенный Т.Г. Рященко [7], который базируется на учете типов строения геологической среды, а затем выявлении, оценке и прогнозе антропогенных изменений в этой конкретной системе. В соответствии с предложенной методикой нами была выполнена типизация грунтовых толщ территории г. Томска, которая впоследствии явилась основой для районирования территории по степени устойчивости геологической среды к углеводородному загрязнению. В качестве основных показателей для типизации грунтовой толщи глубиной до 20 м взяты петрографический состав грунтов и их проницаемость. Картографирование типов грунтовых толщ выполнено нами на основе анализа карт инженерно-геологических условий масштабов 1:25000 и 1:10000 г. Томска, геологических разрезов по большому количеству скважин. Анализ состава техногенных отложений мощностью до 3 м в характеристике типов не учитывался. Для территории г. Томска выделены 7 типов грунтовых толщ по составу и проницаемости грунтов (табл. 1). Для оценки устойчивости геологической среды г. Томска к углеводородному загрязнению нами был использован подход, основанный на суммарном учете частных оценок показателей, предложенный в [8]. По мнению авторов, основным показателем, определяющим устойчивость геологической среды к воздействию нефтепродуктов в зоне аэрации и полного водонасыщения, является способность грунтов сорбировать и пропускать нефтепродукты [Там же]. При картировании устойчивости геологической среды к углеводородному загрязнению Ученые использовали следующие показатели: проницаемость песчаных пород; сорбционная способность глинистых грунтов; пороговые значения коэффициента фильтрации; гидрогеологические и геоморфологические условия. В соответствии с особенностями геологической среды г. Томска (песчано-глинистый состав геологического разреза) и ее взаимодействия с нефтепродуктами мы несколько изменили показатели, предложенные в работе [8]. Нами в качестве основных показателей взяты: проницаемость грунтов в отношении НП; сорб-ционная способность грунтов; степень изменения состава, состояния и свойств грунтов при взаимодействии с НП; гидрогеологические и геоморфологические условия. Проницаемость грунтов оценена по расчетам времени, затрачиваемого на инфильтрацию условно взятых 10 м3 нефтепродуктов. Оценка проводилась по методике В. А. Мироненко и В.Г. Румынина [9]. Эти расчеты проводились для реальных разрезов зоны аэрации, полученных по данным пробуренных скважин. Расчетная формула имеет вид t^^-Mi + ^l. (1) К tl0 tl0 где Н0 - высота столба загрязнителя (условно принята 1 м), м; т - мощность зоны аэрации, м; к - коэффициент фильтрации пород зоны аэрации (м/сут) (взят по Б.Н. Солонину [10]); ^ - недостаток насыщения, д.е. Формула (1) в представленном виде используется для расчета времени инфильтрации через однородную по фильтрационным свойствам зону аэрации. Если зона аэрации, как это обычно бывает, имеет неоднородное строение, т.е. состоит из нескольких слоев пород различной литологии и, следовательно, разных фильтрационных свойств, то расчет времени фильтрации производится следующим образом. По формуле (1) находится время фильтрации (ti) через каждый (i-й слой) с учетом мощности и коэффициента фильтрации определяемого слоя и пористости. Общее время находится суммированием частных времен t = It,. (2) В табл. 1 приведены данные и непосредственно расчеты времени инфильтрации. Учитывая полученные выше результаты, по данному показателю нами выделены три градации (табл. 2). Сорбционная способность грунта. В табл. 3 приводятся типичные данные по количеству сорбированных НП разных грунтов (по В. А. Королеву [11]). Данный показатель оценивается максимально в 4 балла (табл. 4). Сравнительная характеристика типов г Т а б л и ц а 1 геовых толщ по времени инфильтрации Номер типа толщи Описание грунтовых толщ Состав Недостаток насыщения, Ц, д.е Коэффициент фильтрации, k, м/сут Мощность, m, м Время инфильтрации, t, сут 1 Преимущественно глинисто-суглинистый разрез, мощностью 17-18 м подстилается песчаным грунтом Суглинок 0,18 0,005 18 610,4 Песок 0,27 1 2 0,2 2 Разрез представляет собой переслаивание суглинков, супесей Суглинки 0,18 0,005 10 273,7 Супесь 0,23 0,05 10 34,9 3 Двухслойная толща: суглинки мощностью 5-10 м, подстилаются песчаным грунтом мощностью более 10 м Суглинок 0,18 0,005 10 273,7 Песок 0,27 1 10 2,1 4 Представлен суглинками (2-3 м) и песками (17 м) Суглинок 0,18 0,005 3 58,1 Песок 0,27 1 17 3,8 5 Разрез представлен техногенными грунтами мощностью 3-7 м, залегающими на суглинках, супесях с линзами торфа и гравийно-галечниковом грунте, переслаивающимися в разрезе Н.д. Н.д. Н.д. 6 Супесчано-песчаный разрез Супесь 0,23 0,05 10 34,9 Песок 0,27 1 10 2,1 7 Суглинок до 5 м залегает на скальных грунтах Н.д. Н.д. Н.д. Примечание. Н.д. - нет данных Т а б л и ц а 2 Ранжирование по проницаемости пород Время инфильтрации, сут Менее 100 100-300 Более 300 Балл 1 2 3 Т а б л и ц а 3 Способность грунтов сорбировать нефтепродукты Грунт Количество сорбированных НП, л/м3 Крупный гравий, валуны - Гравий, грубозернистый песок 8 Песок крупный - средний 15 Песок средний - мелкий 25 Песок глинистый - глины 40 Т а б л и ц а 4 Градация балльности по сорбционной способности пород Объем сорбированных НП, л/м3 8 15 25 40 Балл 4 3 2 1 Эксперименты автора по изучению влияния НП на физико-механические свойства грунтов [12], а также данные, приведенные в работах [13, 14], показали, что наибольшему воздействию подвергаются глинистые грунты, чем песчаные разновидности. В этой связи данный показатель оценен нами максимум в 2 балла. Грунтовым толщам преимущественно глинисто-суглинистого состава присвоен 1 балл, грунтовым толщам супесчано-песчаного состава - 2 балла. В табл. 5 приведена балльная оценка в совокупности двух показателей - глубины залегания уровня грунтовых вод и геоморфологической приуроченности. Таким образом, для территории г. Томска на основе анализа ведущих показатели оценки устойчивости геологической среды и ее балльной оценки выделены геологические среды с высокой (10 и более баллов), средней (8-10) и низкой (менее 8) степенью устойчивости к углеводородному загрязнению (табл. 6). На основе разработанной классификации составлена карта-схема (рис. 1). Содержание этой карты отражает распределение типов геологической среды с различной степенью устойчивости к углеводородному загрязнению. Таким образом, территории с низкой степенью устойчивости приурочены к современным отложениям пойм, первой, второй, третьей надпойменных террас рек Томь, Киргизка, Ушайка. Разрез представлен суглинками небольшой мощности (5-10 м), супесью, песком, с высокой скоростью инфильтрации НП (менее 100 м/сут), средней сорбционной способностью (8-25 л/м3), с неглубоким залеганием уровня грунтовых вод (612 м), невысокой степенью изменения свойств. Территории со средней степенью устойчивости приурочены к водоразделу. Преимущественно представлены глинисто-суглинистым разрезом, с низкой скорость инфильтрации (более 300 м/сут), более глубоким, в сравнении с территориями низкой степени устойчивости, залеганием уровня грунтовых вод (25-30 м), высокой сорбционной способностью (более 40 л/м3), высокой степенью изменения свойств грунтов. Территории с высокой степенью устойчивости представлены суглинком, глинами с лигнитами. Приурочены к выходам палеогеновых отложений. Т а б л и ц а 5 Ранжирование по гидрогеологическим и геоморфологическим условиям пород Геоморфологический элемент Пойма Вторая и третья надпойменные террасы Водораздельная поверхность Глубина залегания уровня подземных вод, м 6,1-10 8-12 25-30 Балл 1 2 3 Т а б л и ц а 6 Оценка устойчивости геологической среды к углеводородному загрязнению Показатели оценки устойчивости геологической среды к углеводородному загрязнению Номер типа грунтовых толщ Время инфиль- Количество сорбирован- Степень изменения состава и свойств грунтов под воздей- Геоморфологический элемент. Глубина залегания Сумма баллов Степень устойчивости трации, сут ных НП, л/м3 ствием нефтепродуктов уровня подземных вод, м 1 3 1 1 3 8 2 3 1 1 3 8 Средняя 5 1 4 2 1 8 3 2 2 1 2 7 4 1 3 1 2 7 Низкая 6 1 3 2 2 7 7 3 1 2 4 10 Высокая Рис. 1. Карта-схема прогноза устойчивости геологической среды г. Томска к углеводородному загрязнению

Ключевые слова

балльная оценка, критерии оценки, взаимодействие, нефтепродукты, геологическая среда, типы устойчивости, картирование, geological environment, oil products, interaction, criteria of an estimation, stability types, stability estimation, cartography

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Бракоренко Наталья НиколаевнаТомский политехнический университетст. преподаватель кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологииbrakorenko@sibmail.com
Емельянова Тамара ЯковлевнаТомский политехнический университетканд. геол.-минерал. наук, доцент кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологииbrakorenko@sibmail.com
Всего: 2

Ссылки

Effects of crude oil contamination on geotechnical properties of clayey and sandy soils // Mashalah Khamehchiya, Amir Hossein Charkhab and Majid Tajik. URL: http://www.sciencedirect.com
Effect of hydrocarbon pollution on the microbial properties of a sandy and a clay soil // Valeria Labud, Carlos Garcia and Teresa Hernandez. URL: http://www.sciencedirect.com
Бракоренко Н.Н., Емельянова Т.Я. Влияние нефтепродуктов на петрографический состав и физико-механические свойства песчаноглинистых грунтов (на примере г. Томска) // Вестник Томского государственного университета. 2011. № 342. С. 197-201.
Королев В.А. Очистка грунтов от загрязнений. М. : Наука ; Интерпериодика, 2001. 365 с.
Мироненко В.А., Румынин В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии. М. : Изд-во МГУ, 2002. Т. 1. 732 с.
Солонин Б.Н. Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду. М. : Недра, 1983. 107 с.
Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Инженерно-геологические изыскания. М. : Изд-во КДУ, 2007. 424 с.
Рященко Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь). Иркутск : ИЗК СО РАН, 2010. 287 c.
Pokrovsky V., Pokrovsky D., Dutova E., Nikitenkov A., Nazarov A. Degree of areal drainage assessment using digital elevation models // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 21 012018 doi:10.1088/1755-1315/21/1/012018. № 21. 2014.
Pokrovskiy V., Pokrovskiy D., Dutova E., Nikitenkov A. THE RESEARCH Underflooding processes of architecture monuments on the territory of Tomsk with using gis- technology // Science and technologies in geology, exploration and mining. 14th International multidisciplinary scientific geoconference sgem2014. Albena, BULGARIA, 2014. Vol. 2. P. 935-941.
Dutova E.M., Nalivaiko N.G., Kuzevanov K.I., Kopylova J.G. The chemical and microbiological composition of urban groundwater, Tomsk, Russia // Groundwater in the Urban Environment. Proceedings of the XXVIIth Congress IAH. Nottingham, UK, 1998. Vol. 2. P. 125-130.
Наливайко Н.Г., Сыроватко Ю.С., Дутова Е.М., Покровский Д.С. Характеристика микробиологической составляющей подземных вод Республики Хакасия в условиях углеводородного загрязнения // Вестник Томского государственного университета. 2007. № 300. С. 190-194.
Макушин Ю.В., Плевако Г.Л. и др. Оценка загрязнения подземных вод на территории СФО нефтепродуктами // Разведка и охрана недр. 2007. С. 45-48.
Закруткин В.Е., Холодков Ю.И., Подольский А.Д. Экологические последствия эксплуатации нефтехранилищ в междуречье рек Дон и Сал // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2007. № 6. С. 506-517.
 Критерии экологической оценки геологической среды в связи с воздействием нефтепродуктов | Вестн. Том. гос. ун-та. 2015. № 393.

Критерии экологической оценки геологической среды в связи с воздействием нефтепродуктов | Вестн. Том. гос. ун-та. 2015. № 393.