Оценка факторов формирования гидросферы природно-технических систем (на примере верховьев бассейна реки Тагил, Свердловская область)

Территория эксплуатируемых месторождений полезных ископаемых представляет собой природно-техническую систему, формирование которой происходит в течение десятков лет под влиянием целого ряда факторов как во время отработки, так и после ее завершения. Период активной эксплуатации сопровождается формированием депрессионных воронок, активизацией геомеханических процессов. В зонах обрушения и отвалах происходит нарушение сплошности пород, увеличение поверхности взаимодействия при активном поглощении атмосферных осадков, обогащенных кислородом. В верхней части гидросферы, нарушенной горными работами, формируется новое природно-техногенное геологическое тело, представленное техногенной зоной гипергенеза — это сернокислотная кора выветривания, обогащенная вторичными минералами, такими как кристаллогидраты сульфатов, гидроксиды, гидроокислы. Завершение отработки сопровождается заполнением депрессионной воронки, появляется новый фактор формирования природно-технической системы отработанной территории: гидросфера на этих участках становится источником выноса ранее накопленного кислотного потенциала. В течение долгих лет она является практически неограниченным поставщиком сульфатов, железа, марганца, свинца и других элементов в подземные и поверхностные воды, что приводит к низким темпам самореабилитации гидросферы горнопромышленных территорий.

Рыбникова Л. С., Рыбников П. А. Оценка факторов формирования гидросферы природно-технических систем (на примере верховьев бассейна реки Тагил, Свердловская область) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5—2. — С. 257—272. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_257.

Исследования выполнены в рамках Программы фундаментальных научных исследований РАН, тема 0405—2019—0005 и 0328—2019—005, в соответствии с планом 2019—2021 гг. и при поддержке гранта РФФИ 20—45—660014.

Рыбникова Людмила Сергеевна¹ — докт. геол.-минерал. наук, главный научный сотрудник лаборатории экологии горного производства, luserib@mail.ru;
Рыбников Петр Андреевич¹ — канд. геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, зав. лабораторией геоинформационных и цифровых технологий в недропользовании, ribnikoff@yandex.ru;
¹ Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург, Россия.

1. Schneider P., Wolkersdorfer C. Dimensions of Water Management in the Extractive Industries. — In: Davis C., Rosenblum E. (eds): Sustainable Industrial Water Use — Perspectives, Incentives, and Tools. 2021. P. 73—87. doi:10.2166/9781789060676_0073.

2. Хохряков А. В., Ларионова И. В., Москвина О. А., Цейтлин Е. М. Системный подход к обеспечению экологической безопасности в горной промышленности. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 3—1. С. 501—517. DOI: 10.25018/0236—1493—2020—31—0-501—517.

3. Nordstrom D. K. Hydrogeochemical processes governing the origin, transport and fate of major and trace elements from mine wastes and mineralized rock to surface waters // Applied Geochemistry 26 (2011) pp. 1777—1791.

4. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А. Закономерности формирования качества подземных вод на отработанных медноколчеданных рудниках Лёвихинского рудного поля (Средний Урал, Россия) // Геохимия. 2019. Т. 64. № 3. С. 282—299. DOI: 10.31857/ S0016—7525643282—299

5. Technical Evaluation of the Gold King Mine Incident San Juan County, Colorado. Peer reviewed by: U. S. Geological Survey, U. S. Army Corps of Engineers U. S. Department of the Interior. Bureau of Reclamation. Technical Service Center. Denver, Colorado. October 2015. 132 p.

6. Fifth Five-Year Review for Iron Mountain Mine Superfund Site Redding, California. US EPA. San Francisco. 2013. 252 p.

7. Рыбников П. А., Рыбникова Л. С., Максимович Н. Г., Деменев А. Д. Исследование гидрогеологических условий угольных месторождений на постэксплуатационным этапе с использованием гидродинамического моделирования (на примере Кизеловского угольного бассейна, Западный Урал, Россия) // ГИАБ. 2020. №3.1. С. 488—500. DOI: 10.25018/0236—1493—2020—31—0-488—500.

8. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А. Проблемы самореабилитации гидросферы и очистки шахтных вод на постэксплуатационном этапе (на примере Лёвихинского рудника, Средний Урал) // ГИАБ. 2020. №3.1. С. 501—503. DOI: 10.25018/0236— 1493—2020—31—0-501—513.

9. Allison J. D., Brown D. S., Novo-Gradac, K. J. MINTEQA2/PRODEFA2, a geochemical assessment model for environmental systems: version 3.0 user’s manual: U. S. Environmental Protection Agency Report EPA/600/3—91/021, 1991. 106 p.

10. Wolkersdorfer C., Nordstrom D. K., Beckie R., Cicerone D. S., Elliot T., Edraki M., Valente T. M., França S. C. A., Kumar P., Oyarzún Lucero R. A. and Soler A. I. G. Guidance for the integrated use of hydrological, geochemical, and isotopic tools in mining operations. Mine Water and the Environment, 2020, 39(2), p. 204—228, doi: 10.1007/s10230-02000666-x.

11. Мормиль С. И., Сальников В. И., Амосов Л. А. и др. Техногенные месторождения Урала и оценка их воздействия на окружающую среду. Екатеринбург: НИА — Природа, ДПР по Уральскому региону. АООТ «ВНИИЗАРУБЕЖГЕОЛОГИЯ», Геологическое предприятие «Девон», 2002. 206 с.

12. Rуbnikova L., Navolokina V. Analysis and Feasibility of Measures to Minimize the Impact of Acid Mine Waters Discharged by Abandoned Copper-Sulphide Mines on Hydrosphere of the Tagil River. E3S Web Conf. Volume 177, 2020. XVIII Scientific Forum “Ural Mining Decade” (UMD 2020). DOI https: // doi.org/10.1051/e3sconf/202017704009.

13. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. М.: Изд-во ВНИРО, 2011. 257 с. (Утверждены приказом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 13 декабря 2016 года № 552 с изменениями на 10 марта 2020 года).