Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 7
1.1. Состояние вопроса оценки антропогенных нагрузок и мониторинга экогеосистем 7
1.2. Теория и методы геоэкологической оценки антропогенных нагрузок и мониторинга окружающей среды 14
1.3. Постановка задач и обоснование выбора объекта исследований 28
Глава 2. Геоэкологическая оценка антропогенного воздействия горной промышленности и его характеристика в районе исследований 33
2.1. Краткая характеристика района исследований 33
2.2. Антропогенное воздействие горной промышленности на компоненты окружающей среды 39
2.3. Геоэкологическая оценка антропогенного воздействия горной промышленности на окружающую среду 46
Глава 3. STRONG Оценка антропогенного воздействия горной промышленности КМА
на заболеваемость населения STRONG 69
Глава 4. Разработка структуры экологической геоинформационной системы и системы комплексного мониторинга Старооскольско-Губкинского горнопромышленного узла для задач по эффективному экологическому менеджменту 82
Заключение 123
Список литературы 127
- Состояние вопроса оценки антропогенных нагрузок и мониторинга экогеосистем
- Теория и методы геоэкологической оценки антропогенных нагрузок и мониторинга окружающей среды
- Краткая характеристика района исследований
- Геоэкологическая оценка антропогенного воздействия горной промышленности на окружающую среду
Введение к работе
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 7
Состояние вопроса оценки антропогенных нагрузок и мониторинга экогеосистем 7
Теория и методы геоэкологической оценки антропогенных нагрузок и мониторинга окружающей среды 14
Постановка задач и обоснование выбора объекта исследований 28 Глава 2. Геоэкологическая оценка антропогенного воздействия горной промышленности и его характеристика в районе исследований 33
Краткая характеристика района исследований 33
Антропогенное воздействие горной промышленности на компоненты окружающей среды 39
Геоэкологическая оценка антропогенного воздействия горной промышленности на окружающую среду 46
Состояние вопроса оценки антропогенных нагрузок и мониторинга экогеосистем
Сегодня горная промышленность является основой социального прогресса для всего человечества, а удовлетворение материальных потребностей населения стран будут зависеть от обеспеченности промышленности минеральным сырьем. В условиях современного экономического положения России единственным стабильным источником получения денег являются природные ресурсы. При увеличивающемся спросе на полезные ископаемые на мировом рынке, Россия, естественно, будет увеличивать их добычу. Обеспечив экономический рост за счет минеральных ресурсов, Россия (как и любые другие добывающие страны) столкнулась с неизменными спутниками такой экономики: истощение ресурсов и ухудшение состояния окружающей среды. Поэтому, при нецелесообразности с точки зрения экономики остановить процесс увеличивающегося негативного воздействия на экогеосистемы, необходимо минимизировать его последствия, т.е. уменьшить до уровня, допустимого для безопасного существования природных ландшафтов и проживающих на этих территориях людей.
Практически преодолев кризис всей промышленности и горной, в частности, начала и середины 90-х годов прошлого века, в последние годы происходит активное ее развитие, поэтому в научных кругах вновь выдвинута проблема воздействия горной промышленности на окружающую среду.
В настоящее время в научной и учебной литературе накоплен опыт по геоэкологической оценке антропогенных нагрузок и мониторингу состояния окружающей среды, основанный на разнообразных методиках и подходах. Значительная часть этих работ посвящена оценке с использованием традиционных методов, основанных на работе с бумажными картами [61, 76, 88, 91, 142, 151,158].
Особое место в такого рода исследованиях принадлежит одному из основоположников геоэкологического направления в России Кочурову Б.И. Целый ряд его работ [68, 71, 72, 73, 74, 75, 76] посвящен вопросу оценки антропогенных нагрузок и картографированию экологических ситуаций.
Ряд авторов [87, 88, 142] предлагают оценивать антропогенное воздействие на территорию с учетом ее геологического развития. Ключевое место при этом отводится созданию искусственных или использованию естественных геохимических барьеров. На эффективность применения геохимических барьеров указывали многие ученые [4, И, 28, ПО, 113, 131, 132].
Другой метод оценки антропогенных нагрузок - использование данных биоиндикации [50, 54, 110, 136]. Состояние биоиндикаторов, т.е. организмов, которые чутко реагируют на изменение внешней среды, - это своеобразный результирующий показатель экологической обстановки [138, стр. 54]. Данные биоиндикации, как правило, представляют собой большой объем не всегда структурированной информации, к тому же обладающей пространственной привязкой. Поэтому весьма перспективным является использование ГИС-технологий для анализа данных биоиндикации.
Существуют работы, посвященные анализу состояния и охране окружающей среды в рамках административно-территориального деления [49, 60, 95]. Как правило, результаты таких работ находят свое отражение в ежегодных докладах, публикуемые практически для всех территорий [40, 41, 65]. Важнейшим официальным источником информации о состоянии и охране окружающей среды является ежегодный государственный доклад [37].
Оценка антропогенных нагрузок на экогеосистемы имеет первостепенное значение, но не меньшее значение приобретает организация системы комплексного экологического мониторинга, главной задача которого — своевременно выявить негативные тенденции в экогеосистемах.
Понятие мониторинга природной среды сформировалось в середине 70-х годов прошлого века, когда были опубликованы решения Стокгольмской конференции ООН по охране окружающей среды [19]. Примерно тогда же И.П. Герасимов отметил, что целью мониторинга является наблюдение, изучение и контроль изменений природных экосистем, подвергающихся антропогенной трансформации [23].
Рядом авторов [10, 24, 137, 168, 169] в качестве теоретической основы мониторинга предложена концептуальная балансовая модель круговорота вещества в экосистеме. Концептуальная модель основа на строительстве граф-схем, на которых показываются компоненты экосистемы и связанные с ней внешние объекты, между которыми проводятся стрелки потока вещества и энергии. Когда содержатся количественные данные величины потока, то такие модели называют концептуально балансовыми. Такие модели были построены, например, для тропических лесов [167], саванн Африки [166], дубрав Англии [170] и других экосистем.
Мониторинг подразумевает работу с большим объемом информации, поэтому трудоемкий процесс сбора, хранения и обработки все большее число исследователей [1, 6, 16, 26, 53] поручает современным компьютерным технологиям и созданным на их основе геоинформационным системам.
Непрерывно возрастающая необходимость в систематическом получении и использовании экологической информации требует организации достаточно сложных информационных систем — центров, в которой сосредоточивались бы для определенной территории данные о рельефе, почвах, водах, растительном покрове, климатических особенностях; о населении, землепользовании, застройке, размещении промышленных предприятий, о транспортных путях, а также о характере и степени антропогенного воздействия на среду [101]. Аккумуляция таких данных организовывается на разных уровнях сложности, а их систематизация осуществляется по разным признакам: территориальному, тематическому и д.р. [171]. Проблема аккумуляции и систематизации информации может быть осуществлена путем формирования банка метаданных. Примером могут служить банки метаданных, например, по байкальскому региону [77], Новосибирску [51].
Теория и методы геоэкологической оценки антропогенных нагрузок и мониторинга окружающей среды
Стабильное и долгосрочное развитие горного производства невозможно без учета антропогенных нагрузок на экогеосистемы.
Для оценки антропогенных нагрузок, а также для принятия управленческих решений в аспекте экологически ориентированного менеджмента необходим большой объем разнородной информации, которая по возможности должна быть пространственно ориентирована. Такая информация должна быть получена в результате комплексного мониторинга, а эффективный и достоверный ее анализ может быть осуществлен на основе применения современных компьютерных технологий и созданием геоинформационных систем.
Вопрос оценки антропогенных нагрузок является достаточно сложным и не имеющим общепринятых решений. Одной из ключевых проблем является выбор, обоснование и ранжирование критериев оценки антропогенной нагрузки. Критерии могут быть ретроспективные, показывающие изменение во времени, пространственные - площадь нарушений, специализированные, характеризующие конкретный компонент экогеосистемы. Кроме того, критерии могут быть «ложными», т.е. иметь непосредственное отношение к антропогенной нагрузке, но реально не отражать ее степень, а также степень экологической безопасности (например, изъятие из оборота природных ресурсов, их истощение, оценка величины природных активов и др.).
К настоящему моменту можно выделить несколько подходов, применяемых для решения задач оценки экологического состояния [142, стр. 38-40].
Первый подход основан на прямых количественных оценках состояния компонентов ландшафта. Этот подход базируется на учете предельно допустимых концентраций (ПДК), выбросов (ПДВ), содержаний (ПДС) и карто графировании их пространственного распределения. Основным недостатком такого метода являются: достаточная условность установленных ПДК доказательство этому постоянная корректировка и существенные отличия у разных стран. Кроме того, при учете ПДК невозможно оценить влияние всех рассматриваемых факторов на геосистему с одной стороны, с другой — такой подход не учитывает продолжительности неблагоприятного антропогенного воздействия. Поэтому тяжело получить динамику во времени негативного воздействия и соответственно его «эффект» в конкретный период времени.
Второй подход основан на выделении классов состояний экосистем. Обычно используется шестибалльная шкала: от I — неизмененные, до VI -катастрофически измененные. Выделение таких классов состояний не является строго научным и является «договорным».
Третий подход основывается на оценке состояния экосистемы с последующим раскрытием его через оценку входящих в нее компонентов. Такой подход осуществляется на основе ограниченного числа критериев. Можно рекомендовать четыре уровня природно-антропогенных нарушений - нормы, риска, кризиса и бедствия.
Кочуров Б.И. антропогенную нагрузку на ландшафт предлагает оценивать по видам использования земель и характеру заселения территории [75, стр. 35-44]. Экологическая нагрузка в понимании автора представляет собой выявление различных видов антропогенного воздействия. Причем экологическая оценка включает изучение не только антропогенных факторов, но и природных. К природным факторам предлагается отнести природно-ландшафтную дифференциацию территории и потенциал устойчивости ландшафтов. Антропогенное воздействие предлагается ранжировать по видам использования земель с учетом объема эродированной почвы и массы твердых частиц, которые выбрасываются на городских и промышленных землях, с применением системы бальных оценок. Величина балла определяется на основе факторного анализа влияния видов использования земель на интегральный признак в виде массы эродированной почвы и твердых частиц.
На основании факторного анализа выделенные группы видов использования земель оцениваются по 15-бальной шкале. Для исчисления суммарной антропогенной нагрузки предлагается следующая формула: /=1 где S - площадь вида (і-го) использования земель, в %; В — бальная оценка антропогенной нагрузки по і-му виду с учетом корректировки по дополнительным факторам; п — число групп.
Существуют работы по оценке антропогенных нагрузок на основе классификации прямых угроз дикой природе. Одна из таких работ была проведена Кириченко и Чернягиной для Камчатки [58]. Ими была предложена методика учета прямых угроз основанная на расчете площади воздействия каждого типа угроз, без учета конкретных влияний на компоненты природной среды. Кроме того, учитывались прямые воздействия человеческой инфраструктуры и населения, которые находили незамедлительное отражение на жизнедеятельности растительного и животного мира. Очевидно, что данная методика является весьма неполной и не всегда отражает реальный уровень антропогенной нагрузки. Особенно это касается воздействий, последствия которых находят свое отражение со временем (изменение микроклимата, образование депрессионных воронок и др.).
Белорусский ученый Лис Л.С. [85] в своей монографии обосновал методические подходы к оценке состояния территориальных единиц локального уровня. Им была предложена концептуальная модель таких единиц, описываемая двумя комплексными показателями: природно-экологическими потенциалом территории и обособленными ареалами хозяйственной освоенности. Автором дана оценка зон воздействия на окружающую среду 4-х видов антропогенной нагрузки.
Краткая характеристика района исследований
Белгородская область относится к территориям с развитым промышленным и сельскохозяйственным производством. На территории Белгородской области разведано 229 месторождений полезных ископаемых (железных руд, бокситов, апатита, мела, глин, песка, мергеля, минеральных вод), учтенных Государственным балансом запасов полезных ископаемых. Высокая степень техногенной нагрузки — металлургической, машиностроительной, химической и горнодобывающей промышленности; развитие природных неблагоприятных процессов - карста, овражной эрозии, комплекса процессов, связанных с переработкой берегов водохранилищ, а также природно-техногенные процессы, обусловили состояние некоторых районов на уровне кризиса и экологического бедствия. По данным Федеральной службы государственной статистики [145] объем выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в области составил в 2006 году 104,7 тыс. тонн, а объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты -10,5 млн. м . Эти показатели характеризуют экологическую обстановку в области как удовлетворительную. Однако, Белгордская область в целом и в частности Старооскольско-Губкинский горнопромышленный узел в геоэкологическом отношении изучены недостаточно. Воздействие промышленных предприятий на окружающую среду контролируется преимущественно с позиций загрязнения атмосферы и воды, объемов извлечения горной массы из недр и складирования отходов производства (вскрышные породы, хвосты обогащения и др.). Систематическое обобщение геоэкологических данных не производилось.
Промышленный потенциал области в значительной мере определяется добычей и переработкой железных руд. На Государственном балансе по Белгородской области на 01.01.2007 г. числилось 14 месторождений с разведан 34 ными запасами железных руд в 51,3 млрд т, включая запасы промышленных категорий 24,4 млрд т.
Железные руды представлены двумя промышленными типами: - богатые железные руды, пригодные для металлургического передела без предварительного обогащения; - железистые кварциты - рядовые (бедные) руды, из которых способом обогащения (мокрая магнитная сепарация) производится высококачественное металлургическое сырье - магнетитовый концентрат. В области Государственным балансом учтено 28,4 млрд т богатых железных руд, в том числе 6,5 млрд т запасов по промышленным категориям. По 5 месторождениям богатых железных руд Белгородского железорудного района запасы промышленных категорий составляют 4,0 млрд т. Богатая железная руда добывается только в Старооскольском железорудном районе на Стойленском месторождении с проектной мощностью 3 млн т в год. В 2006 г. добыто 1224 тыс. т.
В районе исследований в настоящее время действуют целый ряд промышленных предприятий. Основными предприятиями, оказывающими негативное воздействие на окружающую среду, являются горнопромышленные предприятия. К их числу относятся Лебединский и Стойленский ГОКи, а также комбинат КМАруда, добывающие железные руды. Доля разведанных запасов железных руд в балансе РФ превышает 40% (по добыче доходит до 50%) Значительное воздействие оказывают также ОЭМК, Губкинская ТЭЦ, Старооскольский цементный завод и ряд других предприятий. Под влиянием процессов техногенеза в данном районе сформировались своеобразные эко-геосистемы. Процессы техногенеза при добыче и обогащении руд ведут к загрязнению окружающей среды, а также к развитию негативных геологических процессов (осыпи, оползни). Происходит загрязнение и изменение естественного химизма поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, деградация растительного покрова. В географическом отношении район исследований представляет собой степную всхолмленную равнину, изрезанную овражно-балочной сетью с частым обнажением трещиноватых мело-мергельных отложений. Это способствует дренажу и питанию водоносных горизонтов за счет атмосферных осадков. В целом район характеризуется хорошими условиями питания водоносных горизонтов.
Основным водным ресурсом района является р. Оскол с притоками р. Осколец, руч. Чуфичка. Протяженность р. Оскол 220 км и площадь водосбора 8640 км2.
Климат района умеренно-континентальный, с продолжительным теплым летом и сравнительно холодной зимой. Характерны небольшие среднегодовые многолетние амплитуды температур 28,6С. [117]. Средняя годовая температура воздуха 5,4С. Средняя величина снежного покрова 21 см. величина атмосферных осадков составляет 570-630 мм, а испарения - 400-430 мм.
Рельеф района равнинный, с плоскими платообразными водоразделами с абсолютными отметками 170-270м. Широко распространена овражно-балочная сеть. Балки и овраги распространены в основном по склонам долин рек.
В геологическом отношении район исследований относится к западной части Воронежской антеклизы. Кристаллический фундамент сложен морфи-ческими и магматическими породами архея и нижнего протерозоя. Он перекрыт осадочной толщей субгоризонтального залегания, сложенной главным образом рыхлыми обводненными породами мезокайнозойского возраста. [40]. Мощность осадочного чехла в этом районе 35-85метров.
Железорудные предприятия добывают два типа руд: железистые кварциты и богатые железные руды. Залежи железистых кварцитов представлены пластами мощностью до 200-500 м моноклинального или сложноскладчатого залегания. Среднее содержание FeoClJl в балансовых рудах колеблется от 31,2 до 38,86%.
Геоэкологическая оценка антропогенного воздействия горной промышленности на окружающую среду
Развитие горнодобывающей промышленности в области приводит к нарастанию антропогенного воздействия, а соответственно к усилению экологической и социальной напряженности. Поэтому проведение интегральной геоэкологической оценки антропогенной нагрузки, анализ механизмов ее формирования и тенденций развития экологической ситуации в добывающих районах являются актуальным.
Задачу оценки антропогенного воздействия можно свести к решению двух аспектов: 1) выявление районов с повышенным уровнем негативного воздействия хозяйственной деятельности предприятий на основе показателей такой деятельности, 2) оценка антропогенного воздействия в горнодобывающих районах. Первый аспект позволит оценить воздействия на основе показателей хозяйственной деятельности предприятий и сводится к понятию «экологическая оценка хозяйственной деятельности предприятий», второй -к оценке воздействия горных предприятий на здоровье человека и сводится к понятию «интегральная оценка антропогенной нагрузки». Кроме того, для данной оценки предлагается использовать показатель, который бы отразил степень устойчивости ландшафтов к антропогенному воздействию. Таким показателем может быть степень эрозии почвенного покрова.
Экологическая оценка хозяйственной деятельности призвана выявить негативные экологические тенденции в работе предприятий, с целью принятия опережающих мероприятий (управленческих решений) по контролю воздействия или его минимизации. Она должна быть обязательно проведена до строительства промышленного объекта, а затем стать регулярной.
Экологическая оценка тесно связана с задекларированным курсом страны на рациональное природопользование и устойчивое развитие. Однако, для обеспечения такого развития необходимо понимать, что процессы, возникающие при техногенном воздействии, отличаются от природных в качественном и количественном отношениях [124]. Поэтому главным аспектом рационального природопользования является определение устойчивости эко-геосистем к антропогенным нагрузкам. Принцип устойчивого развития в рамках региона можно обозначить следующим образом [143]: - развитие должно иметь в своей основе баланс социально-экономических и экологических интересов; - необходимо сохранить значение предприятий горнометаллургического комплекса как ключевых элементов в системе хозяйственных и экономических связей; - экологическое управление освоением недр следует осуществлять в органической связи с управлением горным производством в целом.
Принципы экологической оценки, принятые в различных странах, существенно отличаются друг от друга: по видам деятельности, обязанностям участвующих сторон, процедурам оценки и т.д. Однако, несмотря на наличие таких различий, цель у нее одна — минимизация негативного воздействия предприятий на окружающую среду. Кроме того, системы экологической оценки, проверенные временем, отвечают трем основным принципам: превентивности, комплексности и демократичности [121].
Принцип превентивности означает, что экологическая оценка проводится до принятия основных решений по реализации намечаемой деятельности, а также, что ее результаты используются при выработке и принятии решений. Анализ последствий уже принятого решения экологической оценкой по сути не является. Это справедливо независимо от того, является ли такой анализ "обоснованием" решения, ориентированным на оправдание его экологической приемлемости, или же представляет собой объективное и независимое исследование.
Для эффективных систем экологической оценки характерно расширенное понимание превентивности — экологическая оценка должна проводиться не только до принятия решения о возможности осуществления намечаемой деятельности (например, выдачи соответствующего разрешения), но и до принятия важнейших проектных решений. Наконец, последовательная реализация принципа превентивности приводит к необходимости стратегической экологической оценки (СЭО), предметом которой являются решения более высокого уровня, предшествующие планированию конкретных проектов.
Одним из важных инструментов реализации принципа превентивности является анализ альтернатив. Рассмотрение и сравнение нескольких альтернатив достижения целей намечаемой деятельности и вариантов ее осуществления обеспечивает свободу принятия решений в зависимости от результатов экологической оценки.
Принцип комплексности подразумевает совместное рассмотрение и учет факторов воздействия намечаемой деятельности и связанных с ними изменений во всех природных средах, а также в социальной среде. Этот принцип основывается на представлении о том, что разделение окружающей среды на "компоненты" (воздух, вода, почва) является.упрощением реальной ситуации. На самом деле мы имеем дело с единой природной системой, неразрывно связанной с обществом. Задача экологической оценки состоит не только в том, чтобы проследить, насколько соблюдаются "стандарты и нормативы" для отдельных компонентов природной среды, но и в том, чтобы понять, как природно-социальная система в целом отреагирует на воздействие намечаемой деятельности.
