Содержание к диссертации
Введение
1. Поверхностные воды в структуре природно-технических систем (постановка проблемы) 10
2. Методы исследований 14
2.1. Основные методы комплексного исследования ПХС 14
2.2. Методы анализа поверхностных вод 19
3. Физико-географическая характеристика региона 27
3.1. Геолого-геоморфологическое описание и рельеф 28
3.2. Климат 30
3.3. Подземные и поверхностные воды 32
3.4. Почвы 34
3.5. Растительный и животный мир 35
4. Особенности современных техногенных процессов в регионе 37
4.1. Характеристика хозяйственной деятельности 38
4.2. Техногенный морфогенез территорий 42
4.3. Аэротехногенное загрязнение 45
4.4. Деградация почвенного покрова 49
4.5. Загрязнение подземных вод 51
5. Формирование качества поверхностных вод 55
5.1. Источники загрязнения поверхностных водотоков региона 56
5.2. Основные солеобразующие ионы 62
5.3. Тяжелые металлы 67
5.4. Биогенные элементы.
5.5. Растворенный кислород и БПК? 81
5.6. Нефтепродукты, СПАВ и фенолы 84
5.7. Комплексная оценка влияния антропогенной нагрузки на качество вод...89
6. Система мониторинга природной среды и качества вод региона 100
6.1. Мониторинг поверхностных вод. Планирование гидрохимических исследований и определение оптимального количества проб воды 101
6.2. Комплексный геоэкологический мониторинг. 104
Заключение 109
Выводы 121
Список литературы 124
Приложение 141
- Основные методы комплексного исследования ПХС
- Геолого-геоморфологическое описание и рельеф
- Характеристика хозяйственной деятельности
- Источники загрязнения поверхностных водотоков региона
Введение к работе
Актуальность темы. К числу одной из важнейших проблем современности относится истощение водных ресурсов. Быстрый рост населения и бурное развитие промышленности привели к тому, что недостаток воды уже начали испытывать многие страны мира (Экологические императивы..., 1996; Данилов-Данильян, Лосев, 2000; Хесле, 2003; Klimuszro, 2000; Intergovermental..., 2001). В России достаточно остро стоит вопрос в регионах, которые имеют малую водообеспеченность.
Одним из районов, где обозначилась проблема качественного истощения водных ресурсов, является Оскольский регион, расположенный на территории Курской магнитной аномалии (КМА). Из-за уникальности и богатства минерально-сырьевых ресурсов он обладает высоким промышленным потенциалом. Здесь сосредоточены, мощные горнодобывающие, горноперерабатывающие и металлургические предприятия и создана соответствующая инфраструктура. Благоприятных климатических условий и распространение черноземов на территории региона обусловило также интенсивное развитие сельского хозяйства. Геоэкологическое состояние территории зависит от разных источников техногенеза, однако, ключевое место в инфраструктуре региона занимает горно-металлургический комплекс (ГМК). Именно горная и металлургическая индустрия активно изменяет исторически сложившиеся геохимические циклы в природе, «перекачивает» на земную поверхность элементы, извлекая их из недр и обогащая в технологических циклах (Моисеенко, 1999).
В связи с этим десятки тонн минеральных солей, взвешенных веществ, биогенных элементов и тонны тяжелых металлов (ТМ) поступали и продолжают поступать в водные объекты и, прежде всего, в речную сеть со сбросами отработанных промышленных вод. Кроме промышленных загрязнений, в реки поступает большое количество удобрения, сносимые с полей, смывов с загрязненных почв, хозяйственно-бытовых стоков, органических отходов промышленности и сельского хозяйства. В результате резко
активизируются процессы эвтрофирования, увеличивается биомасса водных растений, разложение которой в свою очередь приводит к дефициту кислорода и экологической деградации водотока. Аэротехногенным путем на территорию водосбора поступают большие количества пыли, содержащие ТМ и другие загрязняющие вещества (ЗВ), например, соединения серы, хлора, азота.
Нарастание антропогенной нагрузки на водные ресурсы Оскольского региона шло с 30-х до 90-х годов прошлого века в соответствии с увеличение мощности производства. Введение на предприятиях очистных сооружений и повышение доли водооборотного водоснабжения не приводило к заметному улучшению геоэкологического состояния водоемов и водотоков, загрязнение продолжало увеличиваться и достигло максимума к середине 90-х гг. К концу XX века довольно существенный спад производства, связанный с общим экономическим положением в стане, привел к незначительному сокращению антропогенной нагрузки.
Изучение закономерностей формирования качества поверхностных вод было начато с начала 30-х гг. прошлого века в рамках исследований водных ресурсов ЦЧО (Потапов, 1932; Воскресенский, 1948; Цыкало, 1968; Курдов, 1995). Однако в указанных работах основное внимание было уделено водному и ледовому режиму реки Оскол, оценены годовые, весенние и минимальные объемы речного стока. Обработка результатов химико-аналитических исследований носила эпизодический характер, а число изучаемых параметров было довольно ограничено. Гидрохимическое состояние малых рек региона, имеющих значительное народно-хозяйственное значение, в литературе остается недостаточно освещенным.
Таким образом, анализ имеющихся научных материалов выявил низкую изученность процессов формирования качества поверхностных вод в условиях природно-хозяйственной системы горно-металлургической направленности. Поэтому особую актуальность в современных условиях приобретают обоснование комплексных подходов в
оценке геоэкологической ситуации региона и особенностей антропогенной миграции загрязняющих веществ. Актуальность решаемых в диссертационной работе задач определяется также и практической потребностью изучения техногенного воздействия на качество поверхностных водотоков в связи с реализацией природоохранных программ различного уровня в интенсивно осваиваемом Оскольском регионе.
Цель настоящей работы состоит в выявлении особенностей формирования химического состава поверхностных вод в условиях функционирования ПХС Старооскольского горно-металлургического комплекса и совершенствовании методики мониторинговых исследований территории.
Для достижения поставленной цели была осуществлена постановка и решение следующих задач:
1. Оценить территорию водосбора р. Оскол по уровню интенсивности антропогенной
нагрузки, а также выявить гидрометеорологические факторы миграции загрязняющих
веществ, способствующие или препятствующие загрязнению поверхностных водотоков.
Исследовать пространственно-временную динамику основных загрязняющих веществ в водотоках региона: солеобразующих ионов; тяжелых металлов (ТМ), нефтепродуктов, СПАВ, фосфора, азотосодержащих элементов и органических веществ.
Выявить влияние различных геоэкологических факторов на формирование качества вод.
4. Разработать концепцию геоэкологического мониторинга региона.
Научная новизна работы. Проанализирована геоэкологическая обстановка, сложившаяся на территории ПХС горно-металлургической направленности: аэротехногенное загрязнение водосбора; деградация почвенного покрова; техногенный морфогенез рельефа; состояние подземных вод; источники загрязнения поверхностных водотоков. Составлена картосхема геоэкологического состояния территории Оскольской ПХС и выделены зоны с различными уровнями антропогенной нагрузки. Дана
характеристика пространственно-временной изменчивости гидрохимических показателей поверхностных вод Оскольского региона, определены закономерности распространения загрязняющих веществ в водотоках с учетом ландшафтно-географических условий формирования качества вод и факторов антропогенной нагрузки. На основе статистически-вероятностных методов проведена классификация поверхностных вод на генетически однородные гидрохимические группировки с использованием градиента отличия и коэффициента пропорционального сходства Имбри-Парди. В зависимости от уровня. и характера антропогенной нагрузки выделены основные негативные процессы изменения качества поверхностных вод. Разработана система концептуальных положений по организации контроля качества поверхностных водотоков и геоэкологического мониторинга, учитывающего различные компоненты природной среды. Основные защищаемые положения:
Районирование речной сети с учетом региональных особенностей распределения загрязняющих веществ на водосборе.
Система методических решений по выявлению влияния отдельных источников загрязнения на химический состав вод и оценке качества поверхностных вод.
3. Оценка геоэкологической ситуации на территории, в пределах которой
фиксируются различные уровни интенсивности антропогенной нагрузки.
4. Концепция геоэкологического мониторинга региона.
Практическая значимость работы. Материалы и результаты работы могут быть использованы в сфере природоохранного законодательства, при проведении экологической экспертизы и регламентации хозяйственной деятельности для разрабатываемых в будущем проектов индустриального развития региона, в прогнозировании изменений природной среды при дальнейшем промышленно-экономическом развитии Оскольского региона, а также в разделах учебных курсов, посвященных промышленной геоэкологии и рациональному природопользованию.
Результаты исследований нашли применение при разработке и внедрении программы экологического менеджмента на ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат», принятой 8 декабря 2003 г.
Полученные результаты используются автором при чтении курса «Экология» в Старооскольском филиале Воронежского государственного университета. Подготовлено и находится в печати методическое пособие по этому курсу.
Апробация работы и публикации Основные положения диссертации были доложены на 10 всероссийских и региональных конгрессах, конференциях, научных сессиях и научно-практических семинарах. В их числе: конгресс «Экватек-2002» (Москва, 2002); всероссийская конференция с участием специалистов из стран ближнего и дальнего зарубежья «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2002); V всероссийская научно-практическая конференция «Территориальная организация общества и управление в регионах» (Воронеж, 2002); межрегиональная научно-практическая конференция «География и региональные исследования» (Чебоксары, 2002); общественно-научная конференция «Природные и культурные ландшафты: проблемы экологии и устойчивого развития» (Псков, 2002); научная сессия Воронежского госуниверситета (итоги работы 2001 года) (Воронеж, 2002); конференция молодых ученых ИВП РАН (Москва, 2002); конференция молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии» (Пермь, 2002) симпозиум «Внедрение системы экологического менеджмента» (Старый Оскол, 2004).
Автором по теме диссертации опубликованы 5 тезисов докладов и 4 статьи; одна статья и методическое пособие находятся в печати.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 6 глав основного текста, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 140 страницах, включая 14 таблиц, 14 рисунков и список литературы,
состоящий из 192 наименований, в том числе 45 иностранных. Работа содержит 14 приложений.
Личный вклад автора Автору принадлежит организация и проведение некоторых экспедиционных работ, связанных с отбором проб воды, участие в опробовании поверхностных вод региона совместно с Госкомгидрометом ЦЧО в 2000 г., сбор и анализ данных по характеристике природных сфер, обработка и обобщение полученных результатов.
Автор диссертации выражает глубокую признательность сотрудникам Госкомгидромета ЦЧО, в особенности Подлеснюк Л.В., сотрудникам центральной водно-воздушной лаборатории ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат», в особенности Писаревой Г.Г., за действенную помощь в сборе фактического материала, ценные советы и рекомендации.
Основные методы комплексного исследования ПХС
Комплексность исследований ПХС связана с необходимостью: многостороннего рассмотрение довольно широкого круга числа вопросов; использования данных многолетних наблюдений; применение эмпирических и теоретических методов познания; качественно-количественную оценку явлений (Питьева, 1984; Скорняков, 1999). Сбор данных о состоянии ПХС представляет собой создание информационного отпечатка, включающего фактические показатели различных компонентов. Он представляет собой избирательный анализ признаков составляющих системы и оценку ее качества. Вопросы выбора критериев оценки состояния системы рассматриваются, прежде всего, применительно к конкретным объектам и для решения тех или иных задач исследований. В настоящей работе рассматриваются особенности исследований ПХС с позиции анализа геологической среды «как среды жизни и деятельности человека» (Приоритетные задачи ..., 2003).
Оценка развития «антропогенных геологических процессов» (Трофимов, Зилинг, 1995), сопутствующая всем видам техногенеза, основана на анализе степени нарушенности рельефа. Количественно выражается через отношение площади техногенного рельефа к площади всего участка (в%).
В качестве основного критерия; оценки загрязнения воздуха в пределах ПХС предлагается величина суммарного загрязнения воздуха (Zc„oxi),выражающая в сумме содержание загрязняющих веществ (ЗВ), нормированных к ПДК в приземных концентрациях. Данный выбор основан на том, что суммарные атмосферные выбросы промышленных зон являются одними из основных источников загрязнения компонентов окружающей среды (Атмосферная..., 1985; Государственный доклад ..., 2001). Они сопутствуют всем горнодобывающим, промышленным, селитебным и иным видам техногенеза. Помимо объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, при оценке качества атмосферы необходимо учитывать физико-географические и климатические условия местности, а также особенности взаимного расположения техногенных составляющих ПХС различной функциональной направленности (Берлянт, 2000; Deevey, 2003). Все эти факторы опосредованно учитываются при оценке качества воздуха по приземным концентрациям.
Индикатором загрязнения воздуха, определяющим среду атмосферных вод, является ионный состав осадков. Для детального изучения процессов загрязнения водотоков региона, подверженных значительному аэротехногенному воздействию, нами дополнительно были отобраны пробы осадков в различные периоды и проанализирован их химсостав. Всего проанализировано более 60 проб на содержание основных ионов минерализации по материалам 2000 г.
Деградация почв представляет собой совокупность процессов, приводящих к изменению функции почвы как элемента природной среды, количественному и качественному ухудшению ее свойств и режимов (Зимовец, Хитров, 2001). Определение степени деградации почв и земель производится в соответствии со стандартизированными оценочными методиками (Методика определения ..., 1994; ГОСТ 17.4.1.02-83; ГОСТ 17.4.2.01-81; ГОСТ 17.5.4.02-84). Оценка трансформации системы по геохимическим критериям позволяет определить степень и направление геохимической миграции элементов (Методические..., 1992; Денисов, Гутенев, Луганская, 2002). Уровень загрязнения классифицируется по показателю суммарного загрязнения почв (Zcn04) (Глазовская, 1989) и включает количественное содержание токсических солей, органических веществ (ОВ), нефтепродуктов, суммарный показатель загрязнения ТМ.
Оценка влияния антропогенной нагрузки различного уровня интенсивности по состоянию подземных вод проводится на основе гидрохимических критериев (Комплексные оценки..., 1998), количественно выражается показателем суммарного загрязнения подземных вод (ZCnBlw).
Поверхностные воды - важнейший компонент природной среды, место обитания большого количества живых организмов и важнейший ресурс жизнеобеспечения человека (Хуоларян, 1999). Последствия загрязнения воды сказываются на состоянии экосистем и здоровье человека (Margat, 1991). Согласно существующим нормативным документам в качестве контролируемых показателей качества воды поверхностного источника учитываются (ГОСТ 17.1.1.01-77; ГОСТ 17.1.3.07-82; Комплексные оценки..., 1998): 1) органолептические показатели воды; 2) показатели химического состава; 3) санитарные показатели качества; 4) биологические показатели. По каждому показателю существуют разработанные значения предельно допустимых концентраций. Все существующие в России нормативы качества воды оценивают исключительно ее потребительские свойства, т.е. рассматривают только ее ресурсные возможности (Кочарян, 1999). В качестве критериев оценки состояния поверхностных вод ПХС предлагается анализ гидрохимической группы. В количественном отношении загрязнение поверхностных вод выражено через суммарный показатель загрязнения поверхностных вод Zc„oa, нормированных к ПДК для рыбохозяйственных водоемов. Несмотря на критику существующих ПДК, они формируют представление об относительной опасности загрязняющих веществ для водных обитателей, вкладе различных веществ в общую геоэкологическую ситуацию в водотоке, долгое время позитивно служили ориентирами в деле охраны качества вод от загрязнения.
Пункты контроля геоэкологического состояния территории находились на различных расстояниях от основных промышленных объектов и населенных пунктов. Уровни интенсивности антропогенных нагрузок классифицируются по показателю суммарного загрязнения (Zc), выражающего в сумме содержание ЗВ, нормированных к ПДК. Существуют различные подходы к определению степени антропогенной нагрузки на территорию какого-либо региона. В работе оценка состояния региона проводилась на основе количественных критериев, соответствующих нормативным документам и ГОСТам (Методические указания ..., 1984; Методические рекомендации..., 1992; Комплексные оценки...,1998; Критерии оценки..., 2000).
Геолого-геоморфологическое описание и рельеф
Климат Оскольского региона является континентальным, со сравнительно жарким и сухим летом и относительно холодной зимой. Наибольшее влияние на климат оказывают Атлантический океан, со стороны которого чаще всего приходят влажные массы воздуха, и внутренние районы континента, над которыми формируются континентальные воздушные массы, охлажденные зимой и прогретые летом (Климатические ресурсы..., 1998).
Воздушные пути миграции загрязняющих компонентов определяются метеорологическими особенностями района. При их оценке основная роль принадлежит следующим параметрам: температура воздуха, скорость и направление ветра, количество осадков (Hansen, Russel, Rind, 1997). Анализ метеоусловий базировался на данных Старооскольской метеостанции, собранных за период с 1975 по 2000 гг.
Для зимнего периода преимущественными являются зоны низкого давления, обусловленные перемещающимися с северо-запада и запада уклонами. Усиление циклонической деятельности приводит к резкой смене погоды; среднесуточная температура может варьировать от +5С до -5С. Характерной климатической особенностью региона являются зимние оттепели, повышающие величину наименьших расходов воды рек. В отдельные зимы число дней с положительной температурой достигает 35-37, из них 6-8 дней приходится на январь - самый холодный месяц (средняя температура - 6,9) (Прил. 3). В то же время, за изученный период отмечены суровые зимы со среднеянварской температурой -32,6 (в 1986 году) и -33,8 (в 1995 году). Интенсивные перепады давлений и температур в зимний период приводят к возникновению больших барических градиентов, обуславливающих усиление скорости ветра. В зимнем сезоне число дней с сильным ветром (15 м/с) оставляет 6-8 (Прил.З, рис.2). Преобладающими в зимний период (до 80%) являются слабые ветры со скоростью до 5 м/с. Зима в регионе характеризуется продолжительными осадками, однако, их интенсивность мала.
Весной происходит смена зимних типов циркуляционных процессов на летние. С начала марта средняя суточная температура начинает повышаться до - 4С, в апреле она становится положительной; средняя температура мая 8,3С. Весной отмечен значительный диапазон изменения скорости ветра: от 2 до 15 и более м/с.
В летний период преобладают циклонические процессы западного происхождения. При этих процессах наблюдаются умеренно теплые дни с пониженным давлением. Средние температуры и скорости ветра для теплого лета составляют 19С и 3,1 м/с, для холодного - 17С и 2,7 м/с. В отдельные температура воздуха превышает многолетнюю величину, оказывая максимальное влияние на формирование наименьших расходов воды в поверхностных водотоках. Так, в июле 1999 и 2000 г.г. зафиксированы высокие средние значения температуры: +38,4 при малом количестве атмосферных осадков. На реках в этот период наблюдались очень низкие меженные расходы воды.
Осенью происходит постепенная смена летних циркуляционных процессов на зимние. Средняя дневная температура составляет 6С. Сильные ветра для осеннего периода не характерны, их средняя скорость 4 м/с.
При изучении распространения аэротехногенного загрязнения следует учитывать направления преобладающих воздушных потоков (Robinson, 1998). Значимые различия фиксируются по временам года: в весенний и осенний период преобладают восточные ветры; зимой - южные; летом западные и северные (Прил. 5). Анализируя среднегодовую розу ветров, можно отметить, что максимально представлены ветры восточного направления, менее - западного, северного и южного. Ветры иных направлений имеют подчиненное значение.
Атмосферные осадки являются одним из основных источников всех вод на водосборе, с ними связано возникновение и развитие процессов речного стока. Поступление влаги на водосбор наиболее полно характеризуется среднегодовыми суммами осадков. Белгородская область в целом относится к зоне недостаточного увлажнения (Аповалов, 1996). Всего за год в регионе выпадает в среднем 565 мм осадков. Среднемесячное их количество по Оскольскому региону (в мм) в течение года представлено в Прил. 6.
Подземные воды содержатся в отложениях всех систем осадочной толщи \ в кристаллических образованиях докембрия. В гидрогеологическом плане Оскольский регион приурочен к северо-восточной окраине Днепровско-Донецкого артезианского бассейна и примыкает к сводовой части Воронежского поднятия (Спиридонов, 1995). По условиям залегания, циркуляции подземных вод, стратиграфической принадлежности водо вмещающих пород выделяются следующие водоносные горизонты и комплексы: 1. Современный аллювиальный водоносный горизонт. 2. Верхнесреднечетвертичный водоносный горизонт. 3. Маастрихт-туронский водоносный горизонт. 4. Сеноман-альбский водоносный горизонт. 5. Неоком-аптский водоносный горизонт. 6. Оксфорд-келловейский водоносный горизонт. 7. Протерозойско-архейскии водоносный комплекс. Общая мощность обводненной зоны составляет 120-200 м. Глубина залегания зеркала грунтовых вод и их пьезометрических уровней зависит от рельефа местности и составляет 0,1-7,0 м. Наиболее обводнены маастрихт-туронские отложения по долинам рек и сеноман-альбские пески по всей территории. В этих отложениях сосредоточены основные подземные водные запасы. Поток подземных вод сеноман-альбского водоносного горизонта направлен к р. Оскол, слабо деформируется ее притоками. По минерализации подземные воды пресные, по химическому составу - преимущественно гидрокарбонатные кальциевые. Питание их осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, связи с поверхностными водами и взаимосвязи друг с другом. Сплошные водоупоры, разделяющие водоносные горизонты, отсутствуют.
Характеристика хозяйственной деятельности
Антропогенная нагрузка на природные компоненты Оскольской ПХС, представляющая практически все виды воздействия (черная металлургия, горнодобывающая промышленность, транспорт, муниципальное и сельское хозяйство), осуществляется уже около 80 лет. Особенностью промышленного освоения региона является его нацеленность на добычу и переработку железосодержащих руд. Вследствие этого ведущее место в инфраструктуре региона занимают горно-металлургические предприятия. Развитие производства неизбежно сопровождается ростом населенных пунктов, что обуславливает формирование загрязнителей коммунального происхождения. Благоприятные условия (мягкий континентальный климат, черноземные почвы, исторически сложившаяся сельскохозяйственная инфраструктура) способствуют развитию сельского хозяйства и предприятий по переработке сельхозпродукции.
Только на предприятиях г. Старый Оскол ежегодно образуется более 520 тыс. тонн промышленных отходов, вт. ч. токсичных - 450 тыс. тонн. Из общего объема повторно используется 83 тыс. т, складируется в специально отведенных местах 357 тыс. т; не решен вопрос складирования или вторичного использования до 80 тыс. т, в т. ч. токсичных - 15 тыс. т.
Горнодобывающая промышленность. Развитие этой отрасли связано с освоением богатств Курской магнитной аномалии. В 1959 и 1979 гг. была достигнута проектная мощность добычи металлургического сырья на Лебединском и Стойленском рудниках соответственно, на базе которых сооружены Лебединский и Стойленский ГОКи -крупнейшие горнодобывающие и горноперерабатывающие предприятия центра России. В состав комбинатов входят крупные карьеры, корпуса дробления, фабрики по обогащению бедных руд и окомкованию концентратов. Территория Лебединского ГОКа занимает территорию около 12000 м2. Территория Стойленского ГОКа занимает площадь около 7000 м2. Добыча руды превышает 4850 тыс.тонн. Параллельно отрабатываются вскрышные породы, из которых 80% - рыхлые. Общее количество отходов Стойленского ГОКа составляет более 552750 тыс. тонн/год (на 2000 г). Территории ГОКов представляют собой чрезвычайно сложный промышленный объект, объединяющий комплекс взаимосвязанных разнопрофильных компонентов антропогенного происхождения. В результате их функционирования используются восполнимые и невосполнимые природные ресурсы, оказывается мощное воздействие на окружающую среду.
Черная металлургия в регионе представлена ОАО «Оскольский электрометаллургический ; комбинат» (ОЭМК) - первенецем бездоменной и безкоксовой металлургии в России. Работы по его сооружению были начаты в 1978 г., первая промышленная продукция - окисленные железорудные окатыши - произведена в 1982 г. Технологический цикл комбината начинается на Лебединском ГОКе, где построена доводочная фабрика по обогащению высококачественного концентрата. Железорудный концентрат с фабрики поступает на ОЭМК с помощью пульпопроводов: смесь обогащенного мелкоизмельченного концентрата с водой в виде пульпы насосной станцией перекачивается по трубам, проложенным под землей, на расстояние около 26 километров. В связи с этим отпадает необходимость в специальной сети железных дорог от ГОКа до ОЭМК, обеспечивается непрерывность доставки концентрата. ОЭМК производит 2700 тыс. тонн окисленных окатышей, 1900 тыс. тонн металлизованных окатышей, 2,2 миллиона тонн стали 2000 марок и 3,3 милл. т сортового проката в год. Применение на ОЭМК электроэнергии в металлургических процессах позволяет сократить объемы токсичных отходов, включая выбросы в атмосферу, по сравнению с другими предприятиями черной металлургии. Однако деятельность комбината может вызвать стабильные по времени и обширные в пространстве изменения в природных компонентах ПХС.
Предприятия отраслей промышленности, сопутствующих горнометаллургическому производству {машиностроительной: Старооскольский механический завод (ОАО COM3), заводы автотракторного электрооборудования (ЗАО СОАТЭ) и металлургического машиностроения (ОАО ОЗММ); строительных материалов: цементный завод (ОАО Осколцемент), заводы по производству железобетонных изделий, извести и кирпича), также работают на базе местного железорудного и нерудного сырья. Основное производство сконцентрировано на территории г. Старый Оскол и в районе промышленной базы Котел. Промышленная база Котел площадью 7 км2 располагается в 6,2 км северо-западнее ОЭМК, на полпути между г. Старым Осколом и комбинатом. В ее состав входят 25 предприятий:
Сельское хозяйство и пищевая промышленность играют, большую роль в экономике Старооскольского региона. Пищевая промышленность опирается на местные ресурсы сельскохозяйственного сырья и более или менее равномерно размещается по территории края. Здесь развиты мукомольно-хлебопекарная, молочная, масло дельно-сыроваренная, мясная, консервная, сахарная, пивоваренная, ликероводочная, кондитерская и др. отрасли.
Все виды сельскохозяйственного производства, так или иначе, взаимосвязаны с окружающей средой. Важнейшей отраслью сельского хозяйства региона является земледелие. Сложный облик поверхности, характеризующийся балочно-овражным рельефом и большими площадями склоновых земель, требует активной борьбы с эрозией. Поэтому широко проводится обвалование оврагов, посадка лесных полос, вспашка почвы
поперек склонов и др. В связи с этим нарушается природный рельеф территории. Наметилась устойчивая тенденция ухудшения качества черноземов. Так за последние 50 лет содержания гумуса в почвах уменьшилось с 13 до 8% (Ропов, 2002). Значительный ущерб почвам, водным ресурсам (как поверхностным, так и подземным) наносят ядохимикаты и пестициды, органические и минеральные удобрения. Фосфорные удобрения, активно применяющиеся на полях ПХС, являются полиминеральным сырьем (Прил. 7). Они обогащены ассоциацией таких элементов-примесей, как стронций, свинец, цинк, мышьяк, редкоземельные металлы.
К опасному загрязнению окружающей среды приводят навозные и пометные стоки животноводческих комплексов и птицефабрик. Из образующихся стоков в качестве удобрений используют в среднем менее 70%, остальная часть переполняет пруды-накопители, сбрасывается на прилегающие земли, в очистные сооружения и водоемы (в том числе источники питьевого водоснабжения), поступает в подземные и поверхностные воды, загрязняя их соединениями азота и органическими веществами в количествах, во много раз превышающих ПДК. Применение сточных вод для орошения, а также необоснованное использование фосфорных удобрений приводит к формированию солевой аномалии почв.
В результате активного промышленно-экономического развития региона, на территории водосбора р. Оскол сформировалась вторичная по отношению к исходному ПТК природно-хозяйственная система.
Источники загрязнения поверхностных водотоков региона
На территории региона насчитывается около 300 скважин питьевой воды общей проектной мощностью более 240 тыс. м в сутки (по данным экологического комитета Белгородской области). Основными потребителями вод являются промышленные предприятия (41%); сельское хозяйство (38%); жилищно-коммунальное хозяйство (19%). В конце XX века наблюдалось регулярное уменьшение объемов водопотребления (в среднем на 4,2%), что связано, в первую очередь с нестабильной работой предприятий и увеличением объемов воды, используемой в системах оборотного водоснабжения. Водозаборы расположены в поймах р. Оскол и ее притоков. Качество подземных вод водозаборов инфильтрационного типа, расположенных вдоль русел рек, непосредственно связано как с уровнем и характером загрязнения поверхностного водотока и почв, так и с барьерными функциями фильтрующихся пород (Эльпинер, Шаповалов, Зеегофер, 1998).
Освоение месторождений железных руд привело к изменению естественных условий распространения и залегания подземных вод, запасы которых истощены на территории 250 км2. Сеноман-альбский водоносный горизонт осушен на площади до 12 км2, коньяк-туронский — на 20 км2 (Тарасов, 2002). При отработке карьеров сформировалась региональная депрессивная воронка протяженностью с запада на восток до 35 км, с севера на юг - до 8-10 км. Общая площадь охвата 380 км2. Снижение уровня подземных вод в пределах воронки составляет 17-25 метров.
Хвостохранилище Стойленского ГОКа в балке Чуфичка создавалось с отклонением от проекта, с нарушениями противофильтрационного экрана (Мигунов, Сорокин; 1994). В результате фильтрации из хвостохранилища, утечек из емкостных сооружений и водонесущих коммуникаций на площадке ГОКа и очистных сооружений в районе расположения городских очистных сооружений сформировался техногенный водоносный горизонт. Это объясняется тем, что в водоупоре под глинами неогена имеются окна песка и трещиноватого мела с высокими фильтрационными свойствами. Таким образом, здесь водоносный горизонт не имеет ни естественной, ни искусственной защиты от загрязнения. Фильтрационные потери привели к подтоплению территории на площади 10-15 км2. Дополнительным источником подтопления стал расположенный рядом с очистными сооружениями свинокомплекс, земляные отстойники которого являются источником углекислоты высокой концентрации. Грунтовые воды с высокой концентрацией агрессивной кислоты отрицательно влияют на бетонные сооружения городских очистных сооружений. Помимо этого, происходит загрязнение водоносных горизонтов органикой, хлоридами, сульфатами, ТМ, азотистыми соединениями. Уровень интенсивности антропогенной деятельности в районе балки Чуфичка чрезвычайно высок. Количественные оценки фиксируют здесь суммарный показатель загрязнения подземных вод ZCnetvr 5. В районе городских очистных сооружений 2 ZcIIBOa 5, что указывает на антропогенную нагрузку среднего уровня интенсивности. На остальной территории Оскольской ПХС загрязнение подземных вод не обнаружено.
Геоэкологическая оценка территории ПХС предполагает анализ степени защищенности подземных вод, поскольку интенсивные инфильтрационные процессы являются факторами риска поступления ЗВ в подземные воды. Анализ был проведен с использованием материалов геологической съемки Старооскольского железорудного района КМА (Соколов, 1997). Количественная оценка, проведенная в пределах водосбора р. Оскол, выявила очень низкий уровень защищенности водоносных горизонтов. Незащищенные участки, ширина которых от 3 до 7 км, приурочены к поймам рек и их первым террасам. Здесь характерно залегание подземных вод на глубине менее 10 м. Зона аэрации сложена хорошо проницаемыми породами: песками, трещиноватым мелом и трещиноватым мергелем; суммарное содержание пылеватых и глинистых пород не превышает 25%.
На территории Оскольского региона во взаимодействии компонентов антропогенного и природного происхождения сформировалась ПХС горнометаллургической направленности. Воздействие техногенных составляющих системы характеризуется комплексностью и высоким уровнем антропогенной нагрузки на все компоненты природной среды. - Антропогенная деятельность на территории Оскольской ПХС привела к значительным, по ряду факторов - необратимым, изменениям в природной среде. Высокий уровень интенсивности нагрузки появляется в виде значительных антропогенных изменений состояния атмосферы; гидрохимической и гидродинамической характеристики подземных вод; техногенного морфогенеза территории; деградации почв. - Качественные и количественные изменения природной среды становятся важными факторами изменения гидрохимических характеристик рек, являющихся, по сути, коллекторами загрязнения всей ПХС.
