Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Географическое размещение и причины происхождения нарушенных территорий 10
1.1. Физико - географические особенности исследуемой территории 10
1.2. Из истории происхождения нарушенных земель 22
1.3. Основной «вклад» горнодобывающей промышленности в образовании нарушенных земель 40
1.4. Сравнительная оценка с другими государствами 43
Глава 2. Теоретические основы и классификация нарушенных земель 56
2.1. Понятие нарушенных земель и их классификация 56
2.2. Научные методы определения нарушенных земель 65
2.3. Особенности нарушенных земель и способы их предотвращения 67
Глава 3. Роль рекультивации земель в подъёме сельскохозяйственного производства, развитие промышленности и охрана окружающей среды (экосистемы) 94
3.1. Современное состояние, развитие нарушенных земель Согдийской области 94
3.2. Экологическая, социальная и экономическая эффективность рекультивации нарушенных земель 120
3.3. Основные мероприятия по предотвращению нарушенных земель региона в перспективе 138
Выводы 144
Библиографический список 146
- Из истории происхождения нарушенных земель
- Особенности нарушенных земель и способы их предотвращения
- Современное состояние, развитие нарушенных земель Согдийской области
- Основные мероприятия по предотвращению нарушенных земель региона в перспективе
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Производственная деятельность человека влечет за собой усиленную эксплуатацию природных богатств, что часто приводит к загрязнению окружающей среды, а иногда даже и гибели, многих её составляющих. Особенно сильному разрушительному воздействию подвергаются участки земель, на которых ведется добыча полезных ископаемых, строятся предприятия по переработке минерального сырья, дороги и т.д. Направления и методы рекультивации в разных странах различны и зависят от природно-климатических условий районов промышленной деятельности. Весьма разнообразны и формы использования земель после рекультивации. Например, в США, в целях охраны окружающей среды и увеличения рекреационных ресурсов на восстановленных землях создаются преимущественно лесонасаждения. В странах Восточной Европы, России и Украине большое значение придается сельскохозяйственному освоению рекультивируемых земель, а также созданию лесонасаждений различного назначения.
При обследовании северной зоны республики было выявлено неудовлетворительное состояние земельных ресурсов, в частности в зонах горнопромышленного комплекса Истиклол, Кансая, Адрасмана, Апрелевки, а в зонах равнинных техногенных нагрузок наличие нарушенных земель. При этом на участках нарушения и прилегающих землях отмечено ухудшение качества окружающей среды и экологической обстановки. Отрицательные же последствия происходящего проявляются с каждым годом все более разрушительно и в экономическом и в экологическом и социальном аспектах.
Региональные и широкомасштабные объёмы работ по добыче цветных и редких металлов в Северной зоне Таджикистана во второй половине XX в. привели к нарушению земель, изменению параметров и показателей элементов экосистем на достаточно больших площадях. Это явление стало особенно характерным при разработке цветных металлов с глубоким залеганием рудных тел, а также при организации полигонов, отвалов, хвостохранилищ, занимающих большие территории и оказывающих постоянное негативное влияние на экосистемы. Их рекультивация возможна, но при обязательном учете техногенно-геодинамических процессов. Возникшие проблемы, конечно не могут быть решены без детального их исследования, географической оценки и прогноза т. развития.
При этом отмечается, что сложность исследования проблемы заключается в том, что в Таджикистане она практический не исследовалось к тому же статистические органы публикуют весьма скудные материалы, касающиеся нарушенных земель. В диссертации на основе имеющихся сведений, данных Управления геологии Республики Таджикистан и
наблюдений автора при посещении районов горнорудных предприятий северной части республики разработаны предложения и рекомендации по комплексному использованию нарушенных земель и формированию на них экологически сбалансированных ландшафтных участков.
Проблемы «нарушенных земель», вопросы их рекультивации на северной части республики представляются весьма актуальными с точки зрения предотвращения отрицательного воздействия хозяйственной деятельности на природные ландшафты и интенсификации процесса рекультивации нарушенных земель в районах развития горнорудной промышленности Таджикистана. Кроме того, регион отличается нехваткой сельскохозяйственных земель и сложной демографической ситуацией, и решение этого вопроса также связано с главной проблемой представленного исследования. С учетом вышеизложенного актуальность исследования указанной темы не вызывает сомнений.
Степень разработанности проблемы. Теоретические и методологические основы рекультивации нарушенных земель, технология её проведения изложены в трудах русских учёных Архипова Н.А., Красавина А.П., Доренко Е.П., Боярского, А.В., Бекаревича., Н.Е., Мосюхи Н.Т., Дриженко А.Ю., Белько Г., Певзнера М.Е., Подвиженского СМ., Чалова В.И., Кравченко О.П., Колесникова Б.П., Трофимова С, Хохрякова В.В., Гладковой Л.П., Иванова СП., Чайкиной Г.М., Объедковой В.А., Ревазова М.А., Русского И.И., Спичака Ю.Н., Умного А.Е., Лавцевича В.П., Меркулова В.А., Ефимьева А.В., Федосеевой Г.Н., Моториной Л.В., Зебелиной Н.Н и др
Вопросы географической опенки природных ресурсов, экономической эффективности рекультивации нарушенных земель в крупных региональньсх промышленных комплексах, в горнодобывающей промышленности России изучались в трудах Герасрмова Е.П.,Минца А.А., Моториной Л.В., Доренко Е.П., Хохрякова А.В., Красавина А.П., Новиковой Н.А., Федосеевой Т.П., Массаковского Л.В., Элышна А.Я., Александрова Б.М. и др. В исследованиях этих учёных весьма подробно рассматриваются теоретико-методологические аспекты оценки экономической эффективности нарушенных земель в различных регионах России.
Что же касается Таджикистана, то здесь можно отметить исследования Абдурахимова С.Я., касающихся геоэкологических проблем техногенеза на территории Северного Таджикистана. Он попытался выявить причины и механизмы трансформации геосреды под воздействием техногенных факторов, определить основные этапы формирования нарушенных земель, особенности их распространения, классификации и значения рекультивационных мероприятий в улучшении геосреды. Опираясь на эти научные работы диссертант к решению данной проблемы подошёл с географо -эколого-экономических позиций.
Объект исследования -нарушенные земли Северного Таджикистана и негативные последствия этого явления.
Предмет исследования - последствия негативных техногенных процессов, рекультивации нарушенных земель.
Цель исследовании -комплексная географическая оценка нарушенных земель, разработка методического подхода к анализу оценке эколого-экономической эффективности рекультивации нарушенных земель , разработка научных и практических рекомендаций для восстановления нарушенных земель горных и предгорных территорий на севере республики. Цель исследования предопределила постановку и решение следующих задач:
раскрыть особенности экономико-географического распространения
нарушенных земель, причины их происхождения и определить
сущность категории «нарушенные земли» применительно к процессу
рекультивации;
изучить влияние экономико-географических процессов при добыче
полезных ископаемых, сельскохозяйственная деятельность и
строительство на масштабы нарушенных территорий;
разработать классификацию нарушенных земель для территории с
резко континентальным климатом;
определить особенности рекультивации нарушенных земель на отвалах, хвостохранилищах на горнодобывающих предприятиях, проанализировать используемые в настоящее время показатели оценки эффективности их рекультивации;
обосновать направления рекультивации нарушенных земель с учётом показателей экономической эффективности природных ресурсов и экономических факторов региона.
Теоретико-методологическая основа. Основой диссертационного исследования послужили труды зарубежных и таджикских ученых в области рекультивации нарушенных земель и оценки ее эколого-экономической эффективности.
Информационной базой исследования стали законодательные и нормативные аеты государственной экологической экспертизы, Земельный кодекс РТ, официальные данные земельного комитета охраны окружающей среды Согдийской области, Комитета охраны окружающей среды при Правительстве РТ, фактические материалы, содержащиеся в монографических и периодических изданиях, материалы многолетнего режимного наблюдения, полученные автором в ходе полевых исследований с конца XX в.
Методы исследования проблемы. Автором были применены системный маршрутно - полустационарный, аэровизуальный, режимный методы картографирования нарушенных земель, факторный анализ
нарушенных земель, комплексная обработка результатов, географические, эколого-экономические оценки.
Научная новизна исследования:. Впервые дана
экономико-географическая оценка сложным взаимодействиям природных и техногенных процессов, выявлены географическое распространение и размещение нарушенных земель, причины вызывающие благоприятные и неблагоприятные изменения, намечены меры по предотвращению отрицательного воздействия хозяйственной деятельности на природные ландшафты;
уточнены и проанализированы данные о нарушенных и нарушаемых землях, сопоставленные с аэрофотоматериалами: определены территории опустынивания земель, утративших свою хозяйственную ценность, разработана их классификация и установлены закономерности их распространения в локальном и региональном аспектах;
предложена авторская классификация направления рекультивации нарушенных земель с учетом формы использования, районов распространения, позволяющих выявить приоритетные мероприятия в условиях ограниченности земельных ресурсов для их реализации в условиях резко континентального климата севера республики;
выявлена интенсивная тенденция ухудшению состояния экосистем в Присырдарьинском районе из за увеличения числа карьеров по разработке строительных материапов и наличия геохимических аномалий токсичных элементов, формирующих нарушаемые сильнозасоленные почвы, зоны подтопления и заболачивания; выявлено ухудшение показателей жизнедеятельности населения в зоне нарушенных земель;
конкретизированы пути оздоровления экологического состояния земельных ресурсов, земельного фонда, способы разумного применения всех видов хозяйственной деятельности человека, улучшения состояния рекреационных ресурсов с учетом взаимосвязи элементов экосистемы.
Практическая значимость исследования заключается в разработке механизма трансформации нарушенных земель под воздействием техногенного фактора. Установлена роль природно-техногенных процессов, определены основные этапы формирования нарушенных земель, особенности их распространение и географическое значение рекультивационных мероприятий в улучшении геоэкологической обстановки.
Разработана также классификация техногенного рельефа и
нарушенных земель, построены карты распространения нарушенных
территорий с целью реализации геоэкологических и
рекультивационных мероприятий на каменисто-щебенистых почвах
Самгарского, Паласского и Аштского массивов; рекомендовано (без
распашки) высевать семена дикорастущих кормовых местных видов растений в частности полыни, являющейся экологически устойчивой к засухе и образующей мощную корневую систему.
В ходе исследования земельных ресурсов, Таджикистана, в частности определения районов распространения техногенного рельефа были выявлешл новые нарушенные территории. Эти данные служат надежной информационной базой для разработки систем землеустройства, внедрения локальных систем почвозащитного земледелия и принятия мероприятий на основе геоэкосистемного подхода.
Теоретические положения исследования и практические рекомендации автора позволяют снизить темпы развития негативных техногенных процессов, они могут быть использованы при проведения биологической, технической, санитарно-гигиенической и рекреационной, рекультивации в Присырдарышской и Кураминской экологических зонах.
Основные положения и выводы диссертационной работы могут быть использованы управлением Таджикгеологня, Комитетом по чрезвычайным ситуациям и гражданской обороне РТ, в вузах в процессе преподавания экономической и социальной географии, геоэкологии, охраны природы, экономика районов и территориальной организации общество, экономики природопользования, экологического мониторинга, при проектировании и планировании мероприятий по охране окружающей среды. Ряд методических положений послужат дальнейшему развитию теории эколого-социально-экономических расчётов для обоснования проектов охраны природных комплексов, будет способствовать повышению экологической надёжности и социально-экономической эффективности проектов крупномасштабной хозяйственной деятельности, исключающей не только ухудшение состояния земель, но и обеспечивающей повышение их продуктивности.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационного исследования обсуждались и получили положительную оценку в Государственный заказ (ГР) №01.02 ТД 969 (13.04.2011), на Международной научной конференции «Состояние и перспективы юго-западного региона Кыргызстана, Бишкек, 2007», научных конференциях ТНУ и ТГПУ им. С.Айни, ХГУ им. акад. Б.Гафурова. По результатам исследования издано учебно-методическая пособия: Хомидов Ё.Д., Аминов М.Х. Экология. Учебное пособие для высшей школы (на тадж.яз). Худжанд; «Нури маърифат», 2002. 64 с; Аминов М.Х. Общая география. Учебное пособие для высшей школы (на тадж. яз.). Худжанд; «Нури маърифат». 2002.-78 с.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 16 публикациях, 4 из них опубликованы в изданиях, рецензированных ВАК Российской Федерации. Общий объем публикаций составляет 14 п.л., в том числе авторских 15 п.л.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка использованной литературы. Основной текст работы изложен на 171 страницах, включая 22 рисунка и 33 таблицы.
Во введении обосновывается актуальность исследуемой темы, говорится о степени разработанности исследуемой проблемы, определены объект и предмет исследования, сформулированы его цель и задачи изложены методология и методы исследования, информационная база, научная новизна, а также теоретическая и практическая значимость работы.
В первой главе - «Географическое распространение и причины происхождения нарушенных территорий» с учетом геоэкологического и экосистемного подхода конкретизированы природно-географические условия нарушенных земель: основные зоны, рельеф, абсолютные отметки, климатические условия, гидрографические особенности, минерализация и химический состав вод, растительный покров, типы почв и их среднегодовая температура, содержание гумуса и мощность горизонта и другие показатели. Рассмотрены также теоретические и методологические основы изучения проблемы, обозначены основные этапы происхождения нарушенных земель с учетом оценки географической эффективности рекультивации земель.
Во второй главе - «Теоретические основы и классификация нарушенных земель» - определено понятие «нарушенные земли», изучены процессы обусловливающие появление нарушенных земель в локальных экосистемах, где подземные воды имеют необеспеченный сток и солевые накопления, испарение грунтовых вод преобладает над оттоком. По генезису гидрохимические неоднородности относятся к техногенным, их формирование произошло при низком уровне внедрения землезащитных мероприятий в административных районах Северного Таджикистана. На основе анализа современного состояния геосреды, автор разработал классификацию нарушенных земель, уточнил объекты и направления рекультивации.
В третьей главе - «Роль рекультивации земель в подъёме
сельскохозяйственного производства, развитии промышленности и
охраны окружающей среды» (геоэкосистемы) -анализируется
современное состояние нарушенных земель, порождённых открытыми
способами разработки строительных материалов, определена
эколого-социально-экономическая эффективность рекультивации
нарушенных земель на географической основе с учётом взаимосвязи элементов природного комплекса. Изучена интенсивность использования земель, соответствующих природному и экономическому потенциалу Севера Таджикистана, возможностей использования нарушенных земель в любых направлениях хозяйственной деятельности, рекомендованы основные мероприятия по предотвращению появления нарушенных земель региона на перспективу, (рис 1)
Рис. 1 Образование нарушенных земель Северного Таджикистана в зоне подпора грунтовых вод
цгтагаггявзсд'**** It
В заключении диссертации приведены рекомендации по рекультивации нарушенных земель в юго-западной части Ферганской долины, систематизированы теоретические и практические выводы исследования.
Из истории происхождения нарушенных земель
Размещение нарушенных земель, прежде всего, связано с закономерностями распространения полезных ископаемых. Плотность и масштабы нарушенных земель во многом совпадают с наличием месторождений полезных ископаемых и их рудных тел, находящихся при поверхности или на поверхности земли.
Проведенные нами исследования в Карамазарском горнорудном районе показали, что возникновение нарушенных земель, прежде всего связано с добычей рудных полезных ископаемых [225], которые сохранились в виде карьерообразной, колодцеобразной, наклонной, вертикальной, шахтообразной и шурфообразной техногенных форм рельефа. Эти древние нарушенные участки размещались в основном в рудных телах, жилах и трещинах. Приведенные фактические данные указывают, что количество нарушенных участков превышает боле 3000. Объем вынутой породы и морфометрические данные не одинаковые, т.е. обусловлены наличием полезных компонентов, сосредоточенных близко к поверхности земли. В начале XX в. (1908-1916 гг.) русскими частными предпринимателями и горнопромышленниками на месторождениях Такели, Турангли, Кансай, Зарнисар и Чойрухдайрон велась добыча меди, серебра, свинца и цинка, способствующая, увеличению нарушенных земель. Эти нарушенны земли можно считать вторым этапом возникновения и образования непригодных земель, которые не подвергаются естественной рекультивации.
Начиная с 30-40-х гг. XX в. темпы развития народного хозяйства сопровождались ростом потребности в землях для различных несельскохозяйственных целей, вызывая при этом сокращение и уменьшение землеобеспеченности на душу населения. Особенно большой ущерб земельным ресурсам нанесло резкое увеличение добычи полезных ископаемых, общегосударственного значения.
За период с 30-х по 90-е п. XX в результате эксплуатации крупнейших месторождений Кансая, Табошара, Такели, Куруксая, Зарнисара, Чойрухдайрана, Канимансура, ЬСаптархана, Замбарака, Тарыэкана и Наугарзана было изъято более 15 тыс. гектаров земель (рис.4). Степень нарушения земель при шахтной и открытой добыче рудных и нерудных полезных ископаемых зависила в основном от следующих факторов: объема вскрышных пород (месторождения Наугарзан, старый Табошар, Саримсахли, Тарыэкан, Апрелевка); коэффициент вскрыши -отношение количества пустой породы, перемещаемой при проведении вскрытых работ, к количеству добываемого полезного ископаемого; площади и глубины карьера; подземного способа разработки редких металлов (Чайрухдайрон, Каптархона, Чолота, Истиклал) и отработки системного принудительного обрушения. Основными типами нарушенных земель, были отвальные породы и хвостохранилища.
Из многочисленных хвостохронилищ мы детально изучили Дегмайское. Дегмайское хвостохранилище эксплуатировалось в период с 1963 по 1993 г. Оно расположено на территории Б. Гафуровского района Согдийской области на Дигмайской возвышенности с седловиной и чашеобразным углублением на расстоянии 10 км оі г. Худжанда и реки Сырдарья. Ближайшие населённые пункты расположены к северу (к. Газиён) и к югу (к. Котьма) от хвостохранилища на расстоянии 1-1,5 км (рис.5).Это крупнейшее хвостохрапилище отходов уранового производства в Центральной Азии. Оно занимает площадь более 90 га и содержит около 20 млн тонн урановых руд, около 500 тысяч забалансовой урановой руды, а также 5.7 миллионов тонн отходов переработки ванадийсодержащего сырья. Суммарная активность около 4200 Кюри.
Хвостохрапилище считается заполненным на 80%. На одном конце площадки сооружена насыпь длиной 1800 м и высотой 35 м, чем была создана ёмкость хвостохранилища на основе природной седловины. Данное хвостохрапилище предназначено для складирования жидких отходов. Хвостохрапилище сформировалось в результате гидрометаллургической переработки урановых руд [219].
Обычно переработка 1 т руды даёт более 4 т жидких отходов. Жидкие радиоактивные отходы гидрометаллургического передела образовывали так называемый прудок, где происходит отстой и осаждение твёрдых фракций пульпы на пляже хвостохранилища. В таблице 2 приведены значения физико-химических параметров жидкой фазы Дигмайского хвостохранилища и их сопоставление с параметрами жидкой фазы рудной пульпы других ГМЗ (83).
Сопоставление химических составов жидкой фазы пульпы гидрометаллургического передела.
Из приведенных выше видно, что в целом состав жидкой фазы, сбрасываемой в хвостохранилище пульпы, соответствует среднестатистическим данным литературных источников [118,119,218].
Содержание радионуклидов превышает установленные нормы уровня вмешательства [219]. Для радия - 226 он составляет 0.5 Бк/л и для полония 210 0.12 Бк/л. В связи, с чем использование прудковых вод для хозяйственного назначения, кроме оборотного технического водоснабжения гидрометаллургического передела, невозможно.
С 1992 года подача жидких отходов с ГМЗ была прекращена, и в настоящее время прудок на хвостохронилище отсутствует. Влага содержится в связанном виде в порах твердых отходов.
Твердые отходы Дигмайского хвостохранилище по гранулометрическому составу можно разделить, по аналогии с [219] на следующие фракции (табл.3)
Крупнообломочная фракция сформировалась в процессе складирования хвостов радиометрического обогащения и забалансовых руд, выделенных при автомобильной сортировке на рудоконтрольной станции ГМЗ. Ее объем незначителен, материал фракции сосредоточен на северо-восточном борту хвостохранилища. В дальнейшем эти отходы могут использоваться при консервации хвостохранилища для сокращения пылящей поверхности.
Материал гравийной фракции, в основном, сосредоточен в северозападной части хвостохранилища, в районе дамбы. Суммарная радиоактивность отходов этой фракции не превышает 6000 Бк/кг.
Остальные фракции интенсивно перемешаны и составляют основную массу заскладированных на хвостохранилище твердых отходов. С материалом этих фракций связана наиболее значимая часть радиоактивности.
Радиоактивность отходов определяется, в основном, количеством находящегося в них радия - 226. При гидрометаллургическом переделе радиоактивных руд большая часть радия, обычно, остается в твердых отходах. В жидкой фазе находится около 1% радия -226 с концентрацией от 9.2 до 185 Бк/л [219]. При этом отмечается его приуроченность к шламовой части рудного материала (табл.3). Данные об активности естественных радионуклидов и содержании урана в отходах хвостохранилища приведены в табл.4
Особенности нарушенных земель и способы их предотвращения
На территории Карамазарского горнорудного района для приема и хранения отходов обогащения цветных полезных ископаемых сооружались в Чойрухдайронское хвостохранилище для обогащения руд вольфрама, молибдена, меди и бария; в Кансайское хвостохранилище - для обогащения руд свинца, цинка, меди, cepebpa и других цветных металлов; в Адрасмонское хвостохранилище (старое и новое) для обогащения руд свинца, цинка и других цветных металлов; Алтын - Топканское хвостохранлище для обогащения руд свинца, цинка, меди, молибдена, висмута и других цветных металлов; Чкаловское и Моголтауское хвостохранилище для обогащения руд радиоактивных и редких металлов.
Общая площадь указанных хвостохранилищ составляет 885 га, они представляют собой частицы пустой породы, получающейся в результате механической переработки руд путем дробления, измельчения, флотации и др. Во всех хвостохранилищах твердая фаза пульпы представлена смесью минеральных частиц разного размера от 1 мм до размера глинистых частиц (табл.9)
Вещественный состав частиц и их плотность зависят от нерудных минералов полезных ископаемых [1].
Особенности нарушенных земель жидкими отходами. При переработке каждой тонны руды на ГМЗ образуется около 3 т отмывочнои жидкости, а с учетом промывочной жидкости, верхнего слива сгустителей, фильтрата, их количество достигает более 4 т [163,219]. Химический состав жидкой части отходов зависит от технологии переработки и колеблется в широких пределах. Так, при сернокислотном выщелачивании по данным [162,217,218,219] растворение многих сопутствующих компонентов, содержащихся в руде иллюстрируется в таблице 10.
Приведенные в табл. 10. сведения о составе жидкой фазы пульпы ГМЗ необходимо дополнить для эффективного растворения следующими данными -содержание сульфатов колеблется в пределах 2,0-3,5 г/л, нитратов 0,5-3,0 г/л, натрия и калия 0,2-0,4 г/л, а значения водородно - щелочного показателя рЫ лежат в интервале 7,5- 8,0.
Активность жидких отходов зависит от технологии переработки руды. По сведениям, приведенным в работах [163,219,220] количество радия - 226, переходящего в раствор при сернокислотном выщелачивании составляет 0,4-0,7%, а при содовом - от 1,5 до 2,2 %.
Даже условно чистые воды, получаемые при охлаждении машин и другого оборудования, содержат 0,2-1,0 мг/л U-238 и (0,1-1,0) 10"12 Ки/л Ra-226. Эти данные подтверждаются и другими исследователями. Например, в работе [118] приводятся следующие данные о типичной концентрации естественных радионуклидов в жидких отходах заводов (табл.11)
Кроме приведенных данных о неорганических соединениях и радионуклидах жидкие отходы заводов содержат органические вещества, неорганические реагенты (сульфаты, нитраты, карбонаты), аммиак, тяжелые и токсичные металлы.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что жидкие отходы гидрометаллургического передела представляют значительную опасность для окружающей среды в случае попадания их в поверхностные и подземные воды, особенно в источники водоснабжения.
Радиоактивные отходы, сконцентрированные в хвостохранилищах, расположенных на поверхности, находятся в непосредственном контакте с атмосферным воздухом, дренируются прудковыми водами, атмосферными осадками, а в некоторых случаях поверхностными и подземными водами [118]. В общем случае для этих техногенных объектов характерны физико-химические процессы, происходящие в зоне гипергенеза, подробно рассмотренные в работах Перельмана А.И., Ершова Л.С, Иванова К.Е. [95,106,188,189,190,191,192]. В целом они сводятся к окислительно восстановительным реакциям на границе раздела твердой и жидкой фаз, миграции растворенных веществ и их накоплению на биогеохимических барьерах. Одновременно в отходах продолжаются реакции радиоактивного распада естественных радионуклидов и накопление продуктов их распада как в самом теле хвостохранилища, так и в окружающей среде [50].
Основной причиной загрязнения окружающей среды является массообмен между объектом-загрязнителем, в нашем случае это хвостохранилище, и природная среда, в которой оно находится. Связывая перемещение химических веществ с формами их нахождения, можно выделить три основных типа миграции.
Первый тип связан с изменением формы нахождения элементов без значительного их перемещения, например, переход элементов из минеральной формы в водные растворы, что имеет место на границе твердых и жидких фаз отходов.
Второй тип - это перемещение химических веществ без изменения формы их нахождения. Примером может служить перенос пыли с поверхности пляжа хвостохранилища, и оседание на почвенном и растительном покровах.
Третий тип объединяет предыдущие и состоит в перемещении элементов с изменением формы их нахождения. Перемещение элементов в подземных и поверхностных водах с растворением одних минеральных форм и выпадением из растворов других.
Накопление отходов в хвостохранилищах в твердом и жидком агрегатном состоянии, их аэрация атмосферным воздухом способствует дальнейшему переходу химических элементов из минеральной формы в растворы и обратно, т.е. имеет место первый тип миграции. Одним из показателей этого процесса, является ионный потенциал Картледжа (фк) [50], рассчитываемый по уравнению
По назначению потенциала Картледжа химические элементы объединяются в три группы. В первой группе (потенциал Картледжа до 3) элементы легче переходят в растворы природных вод и не образуют комплексных ионов. Элементы второй группы (потенциал Картледжа от 3 до 12) дают, как правило, труднорастворимые и сложные комплексные соединения. Элементы третьей группы (потенциал больше 12), соединяясь с кислородом воздуха, часто образуют растворимые комплексные ионы.
Потенциальность перехода химических элементов из растворов в твердую фазу регулируется по Ферсману А.Е. [270,271] энергией их кристаллических решеток. Она зависит от энергетических коэффициентов ионов, которые возрастают с увеличением валентности и уменьшением ионного радиуса. Для катионов и анионов она определяется уравнениями
Современное состояние, развитие нарушенных земель Согдийской области
Геоэкологические и биогеохимические исследования, выполненные с 1991 по 2009гг, включали изучение растительного покрова на прилегающей к нарушенным землям хвостохранилищу территории и особенностей взаимодействия элементов загрязнителей в системе «хвостохранилище-почва-растение». Они проводились практически во всех ландшафтно-геохимических зонах, находящихся в районах хвостохранилища.
На большей части территории хвостохранилища преобладают характерные для низкогорий эфемероидово-полынные (Artemisia sogdiana + Carex pachystylis + Poa bulbosa) растительные сообщества. Проективное покрытие почвы растениями, в основном, составляет 40-60%. В юго-западной части изучаемой территории, преимущественно на понижениях и в руслах временных водотоков, проективное покрытие достигает 80% [285].
Особенностью эфемероидово-полынных сообществ является различие в аспектах - весенних, с обилием эфемеров: Holosteum polyganum, Mattiola integrifolia, Papaver pavoninum, Ranusculis pinnatisectus, Lallemantia royleana, Arnebia decumbens, Strigosella turkestanica, Gagea tenera, Lappula microcarpa, Ceratocephalus falcalus, Meniocus linifolius, Veronica argutescrrata,Carex physodes, с участием редких травянистых многолетников: Tulipa bifloriformis, Cousinia pseudomollis, Echinops maracandicus, Acantholimon gipsophiloides, Allium barszmaracandicus, Crambe kotschyana; и кустарников: Salsola arbuscula, Atraphaxis spinisa; и летне-осенних аспектов с разреженным покровом из полыни и единичных солянок [285].
При обследовании некоторых растительных сообществ, проведенных в 2009г, у ряда растений были обнаружены морфологические изменения. Пробы многолетних растений, которые отобраны на поверхности хвостохранилища и в санитарно-защитной зоне (СЗЗ), в некотором отношении отличаются от проб, отобранных на фоновых участках. Например, у полыни согдийской Artemisia sogdiana-листья хлорозные, укорочены междоузлия, наблюдаются деформации пластинок листьев, скрученные и сухие участки по краям листа, укороченные стебли и плоды необычной формы. Кроме того, облучение растений в период массового цветения и в начале плодоношения дозой в пределах 60-150 мкР/ч (0,6-1,5мкЗв/час), затормаживает развитие семян и формирующихся плодов, которые обычно становятся малосеменными или бессеменными [88]. Такие изменения были отмечены при исследовании образцов полыни согдийской (Artemisia sogdiana). Аналогичные изменения наблюдались у катрана (Crambe kotschyana) - белые омертвевшие желтые пятна на основаниях листьев, в корнях образовались клубеньки- плоды необычной формы; дикого лука (Allium barszmaracandicus) - пятна на кончиках листьев, деформация пластинок листьев, на луковице сильно заросшие корни. У других однолетних и многолетних видов растений морфологических изменений не обнаружено.
За период с 1991 по 2009гг в зоне хвостохранилища произошли существенные изменения в растительных сообществах как в санитарно-защитной зоне (СЗЗ), так и за ее пределами. В северо-западном направлении на участке, расположенном под дамбой хвостохранилища, на площади, ранее занятой парнолистниками (рис. 18а), по данным исследований 2009г доминируют эфемерово-полынные сообщества (рис.186). Исчезновение парнолистниковых сообществ связано с изменением микроклиматических условий района, т.к. эти растения влаголюбивые, а испарение прудка хвостохранилища явилось причиной резкого возрастания дефицита влаги. На юге обследуемой территории и за пределами аварийной емкости в настоящее время преобладают эфемеровые с полынью сообщества.
Это является следствием испарения прудка, как источника влаги, и возрастанием экологических нагрузок на окружающую среду от такого техногенного объекта, как городская свалка для складирования твердо-бытовых и производственных отходов. Загрязнения отходами потребления окружающей среды способствовали исчезновению эфемероидовых сообществ на этой территории.
На экспозиционных склонах, примыкающих к южной и юго-западной сторонам хвостохраыилища, преобладают сочетания эфемерово-полынных сообществ с проективным покрытием от 40 до 60% на повышенных элементах рельефа и эфемерово - эфемероидовых и полынных сообществ на пониженных с проективным покрытием до 80%.
На северо-западном и северо-восточном бортах хвостохранилища преобладают эфемерово-полынные сообщества. Полынные сообщества распространены и в восточной части, прилегающей к хвостохранилищу территории. Проективное покрытие растениями почв на склонах достигает 60 %, а на понижениях - 40% [260].
Таким образом, негативное влияние хвостохранилища на растительный мир прилегающей территории связано с накоплением радиоактивных изотопов в организме растений и испарением прудка, приведшее к резкому возрастанию дефицита влаги в данном регионе.
Химический состав растений формируется под влиянием большого количества, одновременно действующих факторов, среди которых различают:
-физиологические факторы, обусловленные процессами жизнедеятельности самих растений, которые приводят к избирательному видовому концентрированию химических элементов;
-экологические, связанные с геохимическими, почвенными, климатическими и другими условиями внешней среды, а также физико-химическими процессами, обуславливающими тип концентрирования элементов в растениях.
Для радиоактивных элементов и тяжелых металлов характерен факультативный тип концентрирования. Они относятся к элементам акропекталы-юго градиента и являются стимуляторами биохимических реакций и в высоких концентрациях вредны растениям, часто вызывают необратимые биологические изменения у растений [72]. Все виды растений, встречающиеся на обогащенных ураном почвах, в той или иной мере содержат вышеназванный элемент и сопутствующие ему тяжелые и токсичные металлы. Механизм концентрирования ионов представляет собой ионный обмен и не является перемещением ионов в водном растворе.
В процессе биогеохимических исследований проводилось опробование десяти видов однолетних и многолетних растений, произрастающих на территории в районе хвостохранилища.
В табл.20 приведены диапазоны изменения концентрации элементов, их средневзвешенные и фоновые концентрации в золе растений. По результатам спектрального анализа рассчитаны максимальные, минимальные и средневзвешенные значения коэффициентов концентрирования.
По результатам геохимического и биогеохимического опробования для каждого вида растений, отобранных для исследований, рассчитаны минимальные и максимальные коэффициенты биологического поглощения Кбп, показывающие зависимость накопления элементов в растениях в зависимости от их содержаний в почве (табл.20).
Исходя из данных табл.21, по характеру накопления элементов в растениях и в почвах можно выделить следующие группы.
1.Содержание в растениях близки к содержанию в почвах: марганец; никель; мышьяк.
2.Содержание в растениях ниже, чем в почвах: хром.
3.Содержание в растениях выше, чем в почвах: а) молибден, в среднем содержание в растениях в 1, 5 -2,5 раза выше, чем в почвах, кроме того, накапливается в растениях даже тогда, когда в почвах его нет в количествах, необходимых для спектрального анализа. Аналогично накапливается и кадмий
Основные мероприятия по предотвращению нарушенных земель региона в перспективе
После завершения вторичной переработки хвостохранилище должно быть захоронено в соответсвии с СП ЛКП-91. Захоронение предусматривает укрытие хвостохранилища нейтральным грунтом, исключающим воздействие потенциально опасных радиационных факторов, таких как мощность внешнего гамма-излучения, пыление открытой поверхности хвостохранилища, повышенное радоновыдиление. С экономической точки зрения должна быть определена минимальная мощность покрытыя, отвечающая санитарным нормам.
В работе [145] приведены результаты экспериментального моделирования эффективности консервирующего слоя в зависимости от его мощности и гранулометрического состава. В этом эксперименте радиоактивные отходы были перекрыты слоями нейтрального грунта, характерного для данной местности. В качестве радиоактивного слоя использовались отходы действующего Дигмайского хвостохранилища. (табл.30).
Для подавления пыления достаточно минимальной мощности слоя ,при этом гранулометрический состав не имеет существенного значения. Интенсивность гамма-излучения зависит как от мощности слоя, так и от гранулометрического состава. Как видно из табл.29, поглащающая способность возрастает с уменьшением размера фракции. Мощность гамма-излучения на поверхности слоя нейтрального грунта, покрывающего излучающий слой, описывается уравнением [145].
Функция Кинга - табулированная интегрально-показательная функция-определяется по таблице [145] по величине аргумента. Коэффициент ослабления m определён по модельным данным.
Минимальная мощность консервирующего слоя определяется начальной интенсивностью гамма-излучения и нормируемой интенсивностью после захоронения.
Начальная интенсивность РуО по результатам предварительного опробования отходов составляет около 1 000мкР/ч. Интенсивность после захоронения Ру,в соответствии с СП ЛКП-91,не должна превышать 20 мкР/ч сверх естественного фона.
Результаты расчёта мощности укрывающего слоя, необходимого для поглощения гамма-излучения, представлены в табл. 31
Наблюдается отчётливая зависимость минимально необходимой мощности от фракционного состава. Тем не менее, для всех фракций слоя в 0.6 м достаточно для снижения интенсивности до уровня близкого к фоновому.
Ситуация с поверхностной плотностью выделения радона (ППР) требует дополнительного анализа. Как видно ГТПР зависит от мощности слоя, причём эта зависимость существенно различна для разных фракций. Радон относится к классу благородных газов. Он не вступает в сколько - нибудь значимые химические реакции с элементами покрывающего слоя. Таким образом, снижение его активности может быть объяснено исключительно радиоактивным распадом в процессе миграции.
В данном выражении отношение активностей (А/Ао) можеть быть заменено отношением начальной и конечной плотностей потока радона, поскольку эти величины связны прямой зависимостью.
Для расчёта мощности консервирующего слоя необходимо определить минимальное время, необходимое для распада радона для концентраций, гарантирующих соблюдение норм СП ЛКП-91.В качестве начальной ППР принята средняя плотность потока 30 Бк/м2с,полученная при опытном опробовании отходов. Конечная плотность потока регламентируется СП ЛКП 91 и должна составлять не более 0.1Бк/м2с. Исходя из этих условий ,минимальное время tmin=3.15 сут.
В табл. 32 приведены результаты расчёта минимально консервирующего слоя в зависимости от гранулометрического состава нейтрального грунта.
Как видно из таблицы наибольшим экранирующим эффектом обладают грунты более мелких фракций.
Сравнивая результаты в табл.32 и 33 можно сделать вывод, что для хвостохранилища Карты 1.9 основным фактором, определяющим мощность консервирующего слоя, является плотность радона [34,35,36].
В соответствии с расчётами после завершения работ по обработке материала хвостохранилища должны быть уточнены такие параметры, как интенсивность гамма-излучения, плотность потока радона и фракционный состав покрывающего грунта. В процессе консервации также необходимо проводить регулярный мониторинг радиационных параметров. Это позволит оптимизировать затраты на рекультивационные работы.
Рекомендации автора по рекультивации нарушенных земель и их рациональному использованию.
Долгосрочные программы добычи полезных ископаемых должны составляться с учетом того, что Таджикистан - горная страна (удельная землеобеспеченность населения республики на каждого человека составляет 0,08 га), и проблема сохранения земельных ресурсов и их рекультивации имеет не только экологическое, социальное, экономическое, а государственное и общенародное значение.
Учитывая переходный период Таджикистана и его экономические трудности, рекультивационные работы необходимо проводить только в географически благоприятных зонах.
Строго требовать, чтобы предприятие или частное лицо, разрабатывающие месторождения полезных ископаемых, связанные с нарушением почвенного покрова, по истечении надобности в этих землях за свой счет приводили их в состояние, пригодное для использования в сельском хозяйстве.
Учитывая нынешнюю экономическую ситуацию и существующую технику карьерной добычи стройматериалов Самгара, Ашта, Спитамена, Дж.Расулова, целесообразно использовать под многолетнее насаждение откосы и бермы, рекультивировать под сенокосы и многолетние насаждения.
Шахты и подземные выработки Гузлан, Такели, Куруксай, Моголтау, Наугарзан, Замбарак, Тары-Экан должны использоваться для выращивания грибных плантаций.
Отвалы и хвостохранилища Адрасмана, Кансая, Чорухдайрона, Чкаловска, которые содержат значительные полезные компоненты, в случае необходимости их переработки в будущих периодах целесообразно консервировать с минимальными рекультивационными затратами под противоэрозионные насаждения [1].
Для улучшения и сохранения почвенного покрова необходима разработка индивидуальных нормативов, определяющих затраты на рекультивацию 1 га нарушенных земель в зависимости от типа нарушений и направлений использования восстановленных земель.
Похожие диссертации на Экономико-географическая оценка и пути восстановления нарушенных территорий : на примере Северного Таджикистана
