РАЗВИТИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ НА ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЯХ КЫРГЫЗСТАНА

РАЗВИТИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ
РИСКОВ НА ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЯХ
КЫРГЫЗСТАНА
Ю.Г. Алёшин
Институт физики и механики горных пород НАН Кыргызстана,
720035, Бишкек, ул. О.Медерова, 98, +996-312-542956, [email protected]
Добыча и переработка уранового сырья в Кыргызстане, совпали по
времени с начальным этапом развития атомной промышленности. Этот этап,
как показывает анализ последствий деятельности подобных производств в
СССР, США, Восточной Германии, характеризовался серьезной недооценкой
экологической опасности, связанной с радиоактивностью добываемого и
перерабатываемого сырья и его отходов, их влияния на окружающую среду,
здоровье горняков и населения, а также на жизненно важные ресурсы – в
первую очередь водные. С позиций сегодняшнего дня видно, что были
допущены серьезные ошибки и просчеты при выборе мест закладки
хранилищ радиоактивных отходов (РАО), методов их проектирования,
сооружения, эксплуатации и консервации, обслуживания и контроля.
Например, в Майлуу-Суу главные просчеты, предопределившие
экологическую напряженность, состоят в следующем.
Неудачный выбор мест складирования и хранения отходов,
осуществлявшийся
в основном
по соображениям
сиюминутной
экономической выгоды. В результате хвостохранилища и отвалы,
размещавшиеся как можно ближе к заводам и шахтам, оказались, во-первых,
в непосредственной близости (менее 200 м) от жилой застройки, т.е. без
образования необходимой санитарно-защитной зоны, которая для снижения
радоновой нагрузки до допустимого уровня должна составлять не менее 3 км.
Во-вторых, эти опасные, с экологической точки зрения, объекты были
размещены в русле и пойме селеопасных рек и ручьев (рис. 1), подмывающих
отвальные откосы или дамбы хвостохранилищ. Ряд таких объектов,
например, отвалы шахт № 8, 9, 10 рудника № 6, размещенные в русле ручья
Кульмен-Сай, являются источниками систематического радиоактивного
загрязнения этих рек и ручьев, используемых местным населением для
орошения сельхоз площадей. Это подтверждается результатами анализов
содержания радионуклидов в воде и донных осадках этих водотоков. По
сообщению узбекских ученых Э.Н. Нарметова и Р.И. Гольдштейна,
содержание урана в воде ручья Кульмен-Сай возрастает вниз по течению от
7,510-5 г/л в районе верхнего отвала шахты № 10 до 1,510-4 г/л в районе
самого нижнего отвала шахты № 9. В первом случае это в десятки, а во
втором – в сотни раз выше фонового содержания (310-6 г/л). Несмотря на это
воды ручья, имеющего в своем течении водоемы с обильной водной
растительностью и обладающего низкой разбавительной способностью,
используются местными жителями для полива огородов и водопоя скота.
Даже на расстоянии более 30 км вниз по течению от этих объектов
содержание урана в водах р. Майлуу-Суу в 10…15 раз превышает фоновое и
составляет в среднем 1,910-5 г/л. Столь высокое содержание радионуклидов
объясняется их вымыванием и выщелачиванием из отвалов водами
поверхностных водотоков и под воздействием атмосферных осадков.
Рис. 1. Карта размещения хвостохранилищ в Майлуу-Суу
Невысокие требования к качеству инженерно-геологических
изысканий и проектирования.
Следует отметить, что в период с 1947 по 1954 г. хвостохранилища в
Майлуу-Суу формировались без предварительных инженерно-геологических
изысканий и проектов, которые бы исключили их размещение в селе и
оползнеопасной зонах. Однако и в дальнейшем при проектировании и
сооружении хвостохранилищ не учитывались тектоника, сейсмичность,
гидрогеологические условия района, определяющие устойчивость дамб и
самих хранилищ. По этой причине ряд хранилищ, в том числе и самые
крупные (№ 16 и № 3) с высокорадиоактивными отходами (МЭД гаммаизлучения свыше 10 мкР/час), были размещены на активных тектонических
разломах или вблизи них. При формировании намывного хранилища № 3 на
контакте материала хвостов с днищем ложбины (сая) наблюдался выход
подземных вод в виде родников, что привело к сильному водонасыщению
пионерной дамбы высотой 8 м, удерживающей намытое поверх нее тело
хвостохранилища высотой 27 м. Сочетание указанных факторов обусловило
существенное
снижение
устойчивости
всего
сооружения.
По
предварительным
оценкам,
коэффициент
устойчивости
дамбы
хвостохранилища № 3 до консервации в 1961 г. был меньше единицы,
поэтому для повышения устойчивости дамбы около 30 тыс. м3
высокорадиоактивного хвостового материала были перенесены на другие
хранилища, в том числе вовлечены в повторную переработку.
В настоящее время ниже хранилища №3 на расстоянии менее 10 м от
уреза реки Майлуу-Суу имеются сильно увлажненные участки и родники с
высачиванием грунтовых вод, стекающих в реку. Содержание урана и других
радионуклидов в воде и донных илах на этом участке реки в несколько сотен,
а по урану (1,710-2 г/л) – до тысячи раз превышает фоновые концентрации.
Этот факт свидетельствует не только о наличии существенных утечек
радионуклидов из хранилища № 3, но также о том, что его дамба и
высокорадиоактивные хвосты находятся в водонасыщенном состоянии, что
обусловливает возможность их тиксотропного
разжижения при
землетрясениях с последующим сплывом хвостов в реку.
Ситуация усугубляется тем, что непосредственно над этим хранилищем
формируется оползневый блок, который вследствие крутосклонности
рельефа может сорваться с высоты 250 м в виде обвала. В результате
динамического удара по чаше хвостохранилища возможен выброс
радиоактивных отходов в реку и перекрытие ее русла. Как показывают наши
расчеты, выполненные для широкого диапазона объемов пригружающих
оползневых масс, даже при медленном сходе оползневого блока
минимального объема (V < 50 тыс. м3) риск разрушения хвостохранилища изза его низкой устойчивости достаточно высок (P0,6). Возможность развития
подобного сценария подтверждается аварией, происшедшей в апреле 1958 г.
на хранилище № 7, когда в процессе пригрузки намывной дамбы балластным
материалом произошел ее прорыв с последующим выбросом в реку МайлууСуу около 600 тыс. м3 радиоактивной пульпы.
К числу недостатков проектирования сложных гидротехнических
сооружений хвостохранилищ наряду с геомеханическими просчетами в
конструкции дамб и неудачным выбором мест складирования РАО относятся
решения, связанные с неудовлетворительным обеспечением газо- и
гидроизоляции ложа хвостохранилищ и герметичности самих дамб, что стало
причиной проникновения радионуклидов в атмосферу, в грунтовые воды и за
пределы хвостохранилищ в воды реки Майлуу-Суу. Высокая проницаемость
радионуклидов через дамбы, обусловленная как их несовершенной
конструкцией
и
несоблюдением
технологии
намыва,
так
и
сейсмотектонической активизацией зон разломов и трещиноватости, хорошо
прослеживается на примере хвостохранилища № 7. Как видно из рис. 2, поле
радона на поверхности хранилища практически везде превышает уровень
геохимического фона, достигая 500 кБк/м3 и более. Наиболее высокие
содержания радона отмечаются вдоль северного борта, где, по некоторым
данным, складировались отходы переработки богатых руд из Чехословакии и
Германии. Ощутимое снижение содержания радона (в виде полос в
центральной и южной частях хранилища) связано, возможно, с прорывом в
этих местах дамбы и образованием глубоких промоин, которые впоследствии
были засыпаны гравийно-галечниковой смесью. Хорошо прослеживаются
лентовидные ореолы повышенных концентраций радона, простирающиеся из
хвостохранилища в сторону р. Майлуу-Суу. Загрязнение вод реки
радионуклидами подтверждается результатами анализа содержания урана,
которое в 1 км выше по течению от хвостохранилища близко к фоновому и
составляет 4,410-6 г/л, а ниже его возрастает до 1,210-5 г/л.
Рис. 2. Гистограммы удельной альфа активности грунтов вблизи
дамб (А) и содержания радона в почвогрунтах (Б)
О высокой проницаемости дамб хвостохранилищ свидетельствуют и
результаты измерения суммарной удельной альфа-активности проб грунта,
отобранных с внешних сторон дамб и их обрамления. Наибольшей
проницаемостью из обследованных обладает хвостохранилище №3, где
большая часть грунтов с внешней стороны дамбы должна быть отнесена к
радиоактивным отходам.
Недостаточный учет и предвидение последствий техногенных
воздействий на горные экосистемы.
В процессе освоения в районе Майлуу-Суу совмещенных месторождений
нефти, урана, угля, нерудного сырья на небольшой площади и в относительно
короткие сроки велось крупномасштабное строительство промышленных
сооружений (шахты, рудники, карьеры, обогатительные фабрики, ТЭЦ) и
соответствующей инфраструктуры, включая селитебную зону и прокладку в
условиях сложного горного рельефа транспортных сетей и инженерных
коммуникаций.
Подобное
наложение
техногенных
нагрузок
на
слабоустойчивую геологическую среду горного района привело, в конечном
итоге, к активизации широкого спектра опасных природно-техногенных
геодинамических и геоэкологических процессов и явлений.
Особую опасность в районе Майлуу-Суу представляют оползни, так как
они угрожают не только жилым кварталам, но и хранилищам РАО. Начало
активизации оползневых процессов отмечается с середины 50-х годов, когда
существенно расширились работы по добыче урана и угля. Это постепенно
вывело горные склоны из естественного равновесного состояния и вызвало
ответные цепные реакции окружающей среды. Основные закономерности
развития оползневых процессов в районе Майлуу-Суу, их масштабы, генезис
и динамика подробно рассмотрены в опубликованных работах авторов. Здесь
важно отметить, что с 1990 г. оползневый режим Майлуу-Суу приобрел
незатухающий, квазистационарный характер, что объясняется сочетанием
неблагоприятных факторов: техногенной нарушенностью горных склонов как
подземной, так и поверхностных их частей; круто-склонностью рельефа;
наличием зон тектонических нарушений, неглубоким залеганием
водоупорных слоев; высокой сейсмичностью района; характером и частотой
атмосферных осадков.
Как и в других горноскладчатых областях, в районе Майлуу-Суу при
развитии
оползней
возможно
формирование
так
называемых
синергетических многоступенчатых цепных катастроф типа: землетрясение –
оползень – обвально-оползневое перекрытие русла или долины реки –
затопление – прорыв оползневого перекрытия – селевой поток (рис. 3). При
таком развитии событий в Майлуу-Суу природная катастрофа может
перерасти в экологическую, так как в зоне оползневого поражения,
затопления и селевого потока, как отмечалось выше, могут оказаться отвалы,
хвостохранилища радиоактивных отходов и производства с токсичными
реагентами. В случае их разрушения область вероятного загрязнения этими
веществами существенно расширится за счет их распространения в
густонаселенную часть Ферганской долины с образованием не только
ближней, но и дальней ореольной зоны поражения. Реальность такого
развития цепи опасных событий подтверждается ситуацией, имевшей место
весной 1994 г., когда в результате перекрытия русла реки выше завода
«Кыргызэлектроизолит» оползневыми массами, во-первых, была снесена в
реку часть небольшого хвостохранилища № 17 и, во-вторых, сместившимися
водами реки разрушены емкости с токсичным веществом (эскапоном) с
одновременным образованием ядовитого облака, которое в силу
господствующего в этом районе направления ветров прошло через город и
распространилось вплоть до г. Андижана, т. е. на десятки километров.
Рис. 3. Общий вид хвостохранилищ №3, 9 в окружении оползневых склонов
Для контроля развития оползневых процессов в промзоне бывших
урановых рудников и двух ГМЗ научно-инженерным центром «Геоприбор»
при ИФиМГП Национальной академии наук в 1996 г. была разработана,
изготовлена и запущена в эксплуатацию радиотелеметрическая система
геомониторинга оползневой опасности с размещением пунктов непрерывного
контроля в районе потенциально опасных крупных оползней и
хвостохранилищ. Результаты непрерывного контроля свидетельствуют о том,
что даже в относительно спокойный период оползневого цикла в годы с
небольшим количеством осадков продолжается развитие оползневых
процессов с различными скоростями от 2 до 100 мм/сутки и в ближайшее
время не исключен переход оползней «Кой-Таш» и «Тектоник» в
заключительную стадию опасного смещения оползневых масс в сторону реки
с катастрофическими последствиями.
Таким образом, длительные и интенсивные техногенные нагрузки на
геологическую среду в районе Майлуу-Суу, связанные с разведкой, добычей,
переработкой урановых руд и угля, осуществлявшиеся без проведения
необходимых природоохранных мероприятий и учета повышенной
уязвимости горных территорий к антропогенному прессингу, привели к
коренному эволюционному преобразованию геологической среды в
природно-техногенную геосистему, оказывающую активное и весьма
ощутимое негативное влияние на все элементы природной среды и
экологическую обстановку в целом.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта INTAS-2221