Миграция микроэлементов в речной системе в зоне влияния изливов кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна

Разработка угольных месторождений шахтным способом часто сопровождается формированием кислых вод, в которых содержится большое количество микроэлементов. При ликвидации угольных шахт способом затопления после восстановления уровня подземных вод образуются изливы кислых шахтных вод на земную поверхность. При поступлении их в речную сеть происходит нейтрализация и выпадение осадка гидроксидов металлов, на котором сорбируется большинство микроэлементов. Взвесь, переносимая течением реки, имеет тенденцию к осаждению вследствие разницы ее плотности с плотностью воды, при этом частицы более мелкого размера переносятся течением реки на большее расстояние. Процессы взаимодействия донных осадков с водой и миграция микроэлементов в системе «вода – донные отложения» зависят от многих факторов, таких как дефицит растворенного кислорода на границе контакта донных отложений и воды, значение рН, гранулометрический состав донных отложений, природа элемента и минерализация вод. Большую роль также играют гидродинамические процессы в водоеме. Изучен участок р. Косьвы, расположенной на востоке Пермского края, в пределах Кизеловского угольного бассейна, где осуществлялась добыча угля до начала ХХ в. После восстановления уровня подземных вод сформировались изливы кислых шахтных вод с опасным для окружающей среды химическим составом. В ходе исследования были выделены гидрохимические зоны и седиментационные барьеры. Выявлены закономерности распределения микроэлементов и их накопления в донных отложениях, что должно учитываться при планировании и разработке мероприятий по очистке рек от техногенного донного осадка.

Максимович Н. Г., Хмурчик В. Т., Березина О. А., Деменев А. Д. Миграция микроэлементов в речной системе в зоне влияния изливов кислых шахтных вод Кизеловского угольного бассейна // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 2. – С. 23–34. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_2_0_23.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-77-01081, https://rscf.ru/project/23-77-01081/.

Максимович Николай Георгиевич¹ — канд. геол.-минерал. наук, доцент, Заслуженный эколог РФ, заместитель директора по научной работе Естественнонаучного института,
e-mail: nmax@psu.ru, ORCID ID: 0000-0001-6220-2730,
Хмурчик Вадим Тарасович¹ — д-р геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: khmurchik.vadim@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7629-6168,
Березина Ольга Алексеевна¹ — канд. геогр. наук, доцент, e-mail: berezina.olga16@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-6491-0722,
Деменев Артем Дмитриевич¹ — канд. геол.-минерал. наук, старший научный сотрудник, e-mail: demenevartem@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-1086-178Х,
¹ Пермский государственный национальный исследовательский университет (ПГНИУ).

Березина О.А., e-mail: berezina.olga16@gmail.com.

1. Acharya B. S., Kharel G. Acid mine drainage from coal mining in the United States — An overview // Journal of Hydrology. 2020, vol. 588. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2020.125061.

2. Chen Ming, Fengguo Li, Meixia Tao, Lanwen Hu, Yanli Shi, Youcun Liu Distribution and ecological risks of heavy metals in river sediments and overlying water in typical mining areas of China // Marine Pollution Bulletin. 2019, vol. 146, pp. 893—899. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2019.07.029.

3. Olds W. E., Weber P. A., Pizey M. H., Pope J. Acid mine drainage analysis for the Reddale Coal Mine, Reefton, New Zealand // New Zealand Journal of Geology and Geophysics. 2016, vol. 59, no. 2, pp. 341—351. DOI: 10.1080/00288306.2016.1148056.

4. Янин Е. П. Особенности воздействия на окружающую среду разработки угольных месторождений // Экологическая экспертиза. — 2019. — № 6. — C. 2—59. DOI: 10.36535/0869-10102019-06-1.

5. Sutapa R., Kaushik D. Coal mine water drainage: The current status and challenges // Journal of the Institution of Engineers India: Series D. 2020, vol. 101, no. 2, pp. 165—172. DOI: 10.1007/ s40033-020-00222-5.

6. Рыбников П. А., Рыбникова Л. С., Максимович Н. Г., Деменев А. Д. Исследование гидрогеологических условий угольных месторождений на постэксплуатационнoм этапе с использованием гидродинамического моделирования (на примере Кизеловского угольного бассейна, Западный Урал, Россия) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — C. 475—487. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-475-487.

7. Имайкин А. К., Имайкин К. К. Изменение гидрогеологических условий Шумихинского месторождения угля (Предуралье) под влиянием подземных горных работ // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2022. — Т. 333. — № 7. — C. 64—75. DOI: 10.18799/24131830/2022/7/3482.

8. Максимович Н. Г., Пьянков С. В. Кизеловский угольный бассейн: экологические проблемы и пути решения. — Пермь: ПГНИУ, 2018. — 288 с.

9. Pyankov S. V., Maximovich N. G., Khayrulina E. A., Berezina O., Andrey Shikhov A., Abdullin R. K. Monitoring acid mine drainage’s effects on surface water in the Kizel Coal Basin with Sentinel-2 satellite images // Mine Water and the Environment. 2021, vol. 40, pp. 606—621. DOI: 10.1007/ s10230-021-00761-7.

10. Wright I. A., Paciuszkiewicz K., Belmer N. Increased water pollution after closure of Australia’s longest operating under-ground coal mine: A 13-month study of mine drainage, water chemistry and river ecology // Water, Air and Soil Pollution. 2018, vol. 229, article 55.

11. Фетисова Н. Ф. Исследование форм миграции металлов в реках, подверженных влиянию шахтных вод Кизеловского угольного бассейна // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2021. — Т. 332. — № 1. — C. 141—152. DOI: 10.18799/ 24131830/2021/1/3007.

12. Menshikova E., Osovetsky B., Blinov S., Belkin P., Tomilina E., Badyanova I. Ochre particles in river sediments in coal mining areas (A study of the Kizel coal basin, Russia) // Mine Water and the Environment. 2022, vol. 41, pp. 1040—1054. DOI: 10.1007/s10230-022-00905-3.

13. Михалев В. В., Мацкевич И. К. Современная морфометрия Камского водохранилища // Водное хозяйство России. — 2010. — № 3. — C. 4—18.

14. Balintova M., Petrilakova A., Singovszka E. Study of metals distribution between water and sediment in the Smolnik Creek (Slovakia) contaminated by acid mine drainage // Chemical Engineering Transactions. 2012, vol. 28, pp. 73—78. DOI: 10.3303/CET1228013.

15. Munk L., Faure G., Pride D. E., Bigham J. M. Sorption of trace metals to an aluminum precipitate in a stream receiving acid rock-drainage; Snake River, Summit County, Colorado // Applied Geochemistry. 2002, vol. 17, no. 4, pp. 421—430. DOI: 10.1016/S0883-2927(01)00098-1.

16. Мирошниченко С. А. Источники формирования железа в поверхностных водах реки Камы в пределах Пермского края // Водное хозяйство России. — 2011. — № 6. — C. 9—82.

17. Baran A., Mierzwa-Hersztek M., Gondek K., Tarnawski M., Szara M., Gorczyca O., Koniarz T. The influence of the quantity and quality of sediment organic matter on the potential mobility and toxicity of trace elements in bottom sediment // Environmental Geochemistry and Health. 2019, vol. 41, no. 6, pp. 2893—2910. DOI: 10.1007/s10653-019-00359-7.

18. Закруткин В. Е., Гибков Е. В., Решетняк О. С., Решетняк В. Н. Донные отложения как индикатор первичного и источник вторичного загрязнения речных вод углепромышленных территорий Восточного Донбасса // Известия РАН. Серия Географическая. — 2020. — Т. 84. — № 2. — C. 259—271. DOI: 10.31857/S2587556620020168.

19. Максимович Н. Г., Хмурчик В. Т., Березина О. А. Формы переноса микроэлементов в речной сети и распределение их во фракциях донных отложений в районах угледобычи // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11. — C. 52—66. DOI: 10.25018/023 6_1493_2022_11_0_52.

20. Miao X., Song M., Xu G., Hao Y., Zhang H. The accumulation and transformation of heavy metals in sediments of Liujiang River Basin in Southern China and their threatening on water security // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022, vol. 19, article 1619. DOI: 10.3390/ijerph19031619.