Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия и природно-ресурсный потенциал общераспространенных полезных ископаемых (ОПИ) Белгородской области 013
1.1. Геолого-геоморфологические условия и рельеф 013
1.2. Климатические условия 017
1.3. Гидрогеологические условия 020
1.4. Размещение основных видов общераспространенных полезных ископаемых на территории Белгородской области 024
1.4.1. Карбонатные породы 026
1.4.2. Глинистые породы 029
1.4.3. Пески 034
2. Современное состояние добычи общераспространенных полезных ископаемых (ОПИ) в Белгородской области 038
2.1. Ресурсы общераспространенных полезных ископаемых 038
2.2. Состояние комплексного использования вскрышных пород железорудных карьеров 047
2.3. Технология горных работ по добыче общераспространенных полезных ископаемых 049
3. Устойчивость геосистем белгородской области к горнодобывающему воздействию 052
3.1. Методологические подходы к изучению влияния открытых горных разработок на окружающую среду 052
3.2. Методика определения устойчивости геосистем к горнодобывающему воздействию 054
3.3. Районирование по критериям устойчивости геосистем Белгородской области к горнодобывающему воздействию 064
3.3.1. Уклоны поверхности 064
3.3.2. Вид отложений, слагающих территорию 065
3.3.3. Глубина залегания подземных вод 067
3.3.4. Структура экологического каркаса 068
3.3.5. Содержание гумуса в почвах 070
3.3.6. Степень эродированности почв 072
3.3.7. Гидротермический коэффициент 074
3.3.8. Первичная биологическая продуктивность 075
3.4. Оценка устойчивости геосистем Белгородской области к горнодобывающему воздействию 076
4. Оценка состояния окружающей среды в зоне воздействия предприятий по добыче общераспространенных полезных ископаемых
4.1. Методика геоэкологической оценки состояния окружающей среды территорий, находящихся в зоне воздействия горнодобывающих предприятий 086
4.2. Воздействие горнодобывающих предприятий на отдельные компоненты окружающей среды 094
4.3. Геоэкологическая оценка состояния окружающей среды территорий, испытывающих горнотехническое воздействие. 104
5. Разработка рекомендаций по снижению отрицательного воздействия добычи опи на состояние окружающей среды Белгородской области 123
5.1. Современное состояние и перспективы развития рекультивационных работ на нарушенных горными разработками землях Белгородской области 123
5.2. Рекомендации по охране окружающей среды, система комплексного геоэкологического мониторинга (КГМ) 130
Выводы 139
Литература
- Климатические условия
- Состояние комплексного использования вскрышных пород железорудных карьеров
- Районирование по критериям устойчивости геосистем Белгородской области к горнодобывающему воздействию
- Воздействие горнодобывающих предприятий на отдельные компоненты окружающей среды
Климатические условия
Достаточно подробно климатические особенности территории Белгородской области освещены в работах А.В.Шипчинского [166], А.Т.Чуйковой [163], Г.Н.Григорьева [24], а также в справочной литературе [2,3,72,98].
Климат Белгородской области сформировался под влиянием таких факторов, как: циркуляция воздушных масс, приход солнечной радиации, характер рельефа территории и удаленность от морей и океанов.
Характер циркуляции атмосферы Белгородской области сильно различается по сезонам года. Зимой на перемещение воздушных масс оказывает влияние возрастание атмосферного давления с северо-запада на юго-восток по всей территории Центрально-Черноземного региона, а также прохождение полосы высокого давления («оси Воейкова») в юго-восточной части области, севернее 50 с.ш. Благодаря этому зимой южнее оси Воейкова господствуют восточные ветры с континентальным воздухом умеренных широт. Циклоны приходят с юго-запада или юга, принося влажный воздух. По северо-восточной окраине антициклонов в зимний период поступает арктический воздух, что способствует установлению ясной или малооблачной погоды со значительными понижениями температуры.
В летний период над территорией области преобладает континентальный воздух умеренных широт, приходящий с западными и северо-западными ветрами. В переходные сезоны года - преобладают воздушные массы умеренных широт. Весной господствуют ветры восточного направления, а осенью - западного.
По данным Г.Н. Григорьева, величина поступающей солнечной радиации составляет примерно 4000 МДж/м2 [121]. Совместное действие радиационного и циркуляционного фактора определяют температурный режим территории и режим ее увлажнения. Среднегодовая температура воздуха на территории Белгородской области колеблется в пределах от 5,4С на севере до 6,7С на юго-востоке.
Самый холодный месяц - январь, среднеянварские температуры варьируют от - 9,2С на севере до - 8,1 С на юго-востоке. Абсолютный температурный минимум января за более, чем 100 лет, был зафиксирован в г. Валуйки в 1942 г: «-37С». В период с декабря по март на всей территории области фиксируются отрицательные среднемесячные значения температуры воздуха. Переход температуры через 0 наблюдается в ноябре и в марте. Продолжительность безморозного периода от 225 дней на севере, до 240 дней в юго-восточных районах области.
Самый теплый месяц года - июль. Средние значения температуры воздуха в июле колеблются в пределах +19,4С на севере до +20,6С на юго-востоке. Абсолютный максимум температуры был зафиксирован в 1891 г. на метеостанции Богородицкое-Фенино (Губкинский район) и в 1936 г. в Валуйках (+40С). Вегетационный период длится от 187 дней на севере до 197 дней на юге, а сумма среднесуточных температур 10С и выше увеличивается от 2500С на севере до 2760С на юго-востоке [24].
Основные климатические показатели Белгородской области представлены на рис.2. Белгородская область расположена в пределах лесостепной зоны. Из-за значительной удаленности от морей и океанов климат области характеризуется как умеренно-континентальный с жарким летом и сравнительно холодной зимой.
Распределение осадков по территории области связано с характером циклонической деятельности и рельефом [23].
Наибольшее количество осадков (540-550 мм) выпадает в западных, северозападных и северных районах Белгородской области. Это объясняется возвышенным характером рельефа этих районов и их расположением в зоне
Климатическая карта Белгородской области (по данным атласа «Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области») [127] влияния атлантических воздушных масс. Наименьшее количество осадков (536 мм) выпадает на юго-востоке области.
Количество выпавших осадков также различается и по сезонам года. Примерно 65% годового количества осадков, выпадающих в Белгородской области, приходится на апрель-октябрь, причем в летний период осадки приходят в виде ливней, что способствует развитию эрозионных процессов.
Снежный покров сохраняется почти 4 месяца, с начала декабря по конец марта. При установлении ясной и малооблачной погоды со слабым ветром наличие снежного покрова способствует сильному выхолаживанию поверхности.
При ведении горнодобывающих работ, необходимым условием выступает учет климатических характеристик территории. Они определяют сезонность ведения горных работ, уровень рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, перенос загрязняющих веществ по преобладающему направлению ветра.
Состояние комплексного использования вскрышных пород железорудных карьеров
При ведении открытых горнодобывающих работ особенности рельефа территории, характер ее уклонов является одним из определяющх факторов. Уклон земной поверхности вызывает сток талых и ливневых вод, обусловливает их размывающую способность, влияет на интенсивность проявления негативных экзогенных геоморфологических процессов: водная эрозия, обвалы, осыпи и др.
Как правило, проявление эрозии на склонах сдерживается наличием естественной растительности, но при ведении горных работ она частично или полностью уничтожается.
Основываясь на данных морфометрического анализа рельефа Белгородской области, проведенного Л.И.Белоусовой и А.Н.Петиным [13,114,118,120,122], можно сделать вывод, что в пределах Белгородской области более 65% территории имеет уклон земной поверхности от 00 до 30, 30% - 3- 8, около 5% -более 100.
Анализ карты углов наклона земной поверхности в пределах Белгородской области (рис. 8) позволил сделать вывод, что территории, имеющие угол наклона 00-30 приурочены к выровненным водораздельным пространствам, склонам и поймам речных долин. Территории с углом наклона земной поверхности 3до 5 соответствуют склонам крупных балок. Для склонов овражно-балочной и речной сети характерны достаточно большие показатели углов наклона – от 50 до 100 и более. Рис. 8. Карта углов наклона земной поверхности в пределах Белгородской области [13]
Территория Белгородской области располагается в пределах Воронежского кристаллического массива Восточно-Европейской платформы. Основание платформы перекрыто мощной толщей осадков палеозоя, мезозоя и кайнозоя.
Палеозойские отложения в пределах Белгородской области представлены породами девонской и каменноугольной систем.
Абсолютные отметки девонских отложений в районе г. Старый Оскол составляют 66-63 м. Отложения представлены глинами, алевролитами, песками с незначительными прослоями песчаников и известняков. В восточной части области толща сложена песками и песчаниками с прослоями глин.
На юго-западном склоне Воронежского поднятия получили развитие каменноугольные отложения. Подошва карбона имеет резкий наклон с северо-востока на юго-запад, перпендикулярно простиранию. Глубина залегания пород карбона в районе с. Мурома и пос. Борисовки достигает 920 м [161].
Каменноугольные отложения представлены породами нижнего и среднего отделов – известняками с прослоями сланцевых глин и песков.
Породы мезозойского возраста в пределах Белгородской области представлены породами юрской и меловой систем.
Отложения юры развиты на территории Белгородской области повсеместно, и характеризуются юго-западным падением. Они представлены породами среднего и верхнего отделов: в основном, глинами, и имеют полную мощность до 150 м.
Отложения мелового возраста в пределах Белгородской области развиты повсеместно и представлены отложениями нижнего и верхнего отделов. Мощность меловых отложений увеличивается в юго-западном направлении. Мощность верхнемеловых отложений от г.Новый Оскол к г.Валуйки и Алексеевка сокращается. Минимальные абсолютные высоты установлены на юго-западе, в районе п.г.т. Борисовка – 247 м, а у г. Старый Оскол, - 290 м.
Отложения кайнозойского возраста представлены породами палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем.
Отложения палеогеновой системы имеют сплошное распространение на юго-западе Белгородской области и островное на остальной ее территории. Они, как правило, приурочены к водораздельным пространствам, реже - к склонам речных долин. Палеогеновая система представлена породами эоцена и олигоцена, которые, в свою очередь, разделяются на слои, состоящие из песков, песчаников и глин с прослоями мергеля и преобладанием глин в средней части разреза. Мощность палеогеновых отложений изменяется от 2-3 до 40 м, реже до 75 м. Пески мелко- и среднезернистые, в верхней части разнозернистые, иногда грубозернистые, уплотненные и сыпучие. Глины жирные, иногда алевритистые или тонкопесчаные, плотные. Находятся они в твердой, полутвердой, реже пластичной и текучей консистенциях. Песчаники глинистые, крепкие и средней крепости, трещиноватые.
Отложения неогеновые в пределах Белгородской области не получили широкого распространения. Они представлены преимущественно песками с прослоями и линзами глин, гравия и гальки. Встречаются аллювиальные отложения высоких неогеновых террас на юго-западе Белгородской области. Мощность неогеновых отложений измеряется от 4 до 10 м. Пески различной зернистости - от крупнозернистых до тонкозернистых и глинистых. Пески слабоуплотненные, обладают значительной пористостью и хорошей водоотдачей. Глины тонкопесчаные, представлены преимущественно пылеватыми суглинками, реже супесями. Глины обычно имеют пластичную консистенцию.
Отложения четвертичного возраста на территории области развиты повсеместно, исключение составляют места выхода коренных пород на дневную поверхность. Их мощность, как правило, не превышает 20 м, реже доходит до 60 м (с. Гостищево). Это ледниковые, аллювиальные, делювиальные и перигляциальные образования.
Четвертичные отложения на территории Белгородской области представлены валунными и безвалунными, часто лёссовидными суглинками, супесями и песками.
Ледниковые отложения на территории Белгородской области имеют незначительное распространение в северо-восточной части. Они представлены преимущественно песками с прослоями глин, супесей и суглинков. Пески среднезернистые, разнозернистые и крупнозернистые, местами тонкозернистые глинистые. Глинистые породы опесчанены, находятся они обычно в пластичной консистенции [161].
Районирование по критериям устойчивости геосистем Белгородской области к горнодобывающему воздействию
Механизм отрицательного влияния малых карьеров на природную среду аналогичен влиянию вскрышных работ горнорудных преприятий, отличаясь только масштабностью. Площадь, занимаемая каждым малым (II-IV групп) по мощности карьером и отвалом не превышает 5-10 га и в зависимости от места расположения оказывает иногда специфическое влияние на окружающую среду [154].
Многие карьеры стройматериалов Белгородской области в процессе проведения горных работ интенсивно уничтожают лесные посадки и зеленую кустарниковую зону, превращая поверхность в лунный ландшафт. Так, на Шебекинском меловом заводе в г. Шебекино горными работами подрабатываются участки реликтовых сосен.
На Нижне-Ольшанском песчаном карьере в Белгородском районе, на Доброивановском глиняном карьере, в Грайворонском районе, на Ульяновском песчаном карьере в Волоконовском районе горными работами подрабатываются участки продуктивного леса.
На глиняном карьере Волоконовского кирпичного завода в Волоконовском районе горными работами подработана лесопосадка на протяжении около 300 м, на Принцевском песчаном карьере подработаны кустарниковые насаждения на площади более 4 га.
Воздействие на геологическую среду определяется глубиной разработки и возможными осложнениями: затопление подземными водами, развитие экзогенных процессов и др. При производстве горных работ происходит коренное переформирование первичного рельефа территории. Изъятие толщи пород приводит к возникновению отрицательных форм рельефа - карьеров, складирование снятых вскрышных или изъятых пород образует положительные формы – отвалы. И те и другие являются неустойчивыми формами под влиянием комплекса природно-климатических условий и осложняют экологическую обстановку территории [158]. Гидрогеологические условия местности, в которой осуществляется добыча полезных ископаемых открытым способом, выполняют значительную роль при определении глубины разработки карьера, а также при выборе последующего направления рекультивации нарушенных земель.
Добыча ОПИ в Белгородской области, в основном, ведется в карьерах без дополнительных мероприятий по осушению и водоотведению, пески добываются гидроспособом (земснаряд). Многие карьеры области в процессе разработки ОПИ загрязняют близлежащие водоемы взмученными водами, маслами, отходами, образующимися в результате их работы.
Так на Нижне-Олышанском песчаном карьере в процессе разработки песков земснарядом взмученные вместе с отходами воды в результате фильтрации попадают в рядом расположенное водохранилище. На Алексеевском глиняном карьере, частично превращенном в свалку, выступающие на поверхность воды карьера, после промывки отходов свалки фильтруются в нижележащие обводненные горизонты. Та же обстановка на Ровеньском песчаном карьере.
Отсутствие детальных геологоразведочных работ и гидрогеологического прогноза отрицательного влияния горных работ на окружающую среду зачастую приводят к непредсказуемым последствиям, Так в результате горных работ Борисовского МПМК начал мелеть и заболачиваться открытый водоем - озеро в г.Грайворон.
Имеют место не единичные случаи, когда давно отработанные участки бывших карьеров ОПИ, сейчас уже заброшены, находятся в экологически небезопасном состоянии, с изрытым резко бугристым рельефом (сопками и ямами). Такое положение на Прохоровском, Никитовеком, Волоконовеком, Алексеевской глиняных карьерах, Ульяновском песчаном карьере и др. Некоторые действующие карьеры с большими выработанными площадями не производят рекультивационные работы, ссылаясь на отсутствие средств на эти цели. К ним относятся Новооскольский, Никитовский, Великомихайловский глиняные и др. карьеры.
Большинство карьеров ОПИ (до 90%), особенно II-IV групп, области работают бeз проектов, до 70% - без разведанных запасов и до 50% без оформления горных отводов. В ряде случаев при производстве горных работ допускаются бесконтрольные нарушения поверхностей пологих склонов проходами вдоль и поперек склонов плугами бульдозеров, образующих длинные борозды, узкие траншеи. В последующем они являются источниками повышенного протекания процессов оврагообразования, особенно, если нарушается вскрышная толща, сложенная сверху суглинком, а снизу песком, или излишнего обводнения разрабатываемого полезного ископаемого и его разубоживания. Такие случаи характерны для бывших колхозных карьеров (карьер колхоза им. Ильича Красногвардейского района, Вознесеновский песчаный карьер Шебекинского района).
Всё вышеизложенное свидетельствует о том, что масштабы нарушений природной среды в Белгородской области при разработке общераспространенных полезных ископаемых определяются в основном производственной мощностью карьеров, наличием проектов и соблюдением проектных параметров, комплексным использованием разрабатываемых пород, проведением рекультивационных мероприятий на нарушенных территориях, а также ведомственной подчиненностью предприятий формирующих уровень ответственности за нарушение природной среды.
Воздействие горнодобывающих предприятий на отдельные компоненты окружающей среды
Осуществление контроля загрязнения почвенного покрова осуществляется как в период активной карьерной добычи, так и после завершения биологического этапа рекультивации.
Негативное воздействие на животный мир выражается в исключении мест обитания и путей миграции представителей фауны, в шумовом воздействии, а также загрязнении среды обитания газообразными выбросами.
Задачей мониторинга является анализ видового и численного состава животного мира, населяющего конкретную территорию (в т.ч. выявление наличия видов, занесенных в Красную книгу), отслеживание до начала производства работ путей миграции, обустройство мест для организации аналогичных благоприятных условий на соседних территориях. Контроль видового и количественного состава направлен на исключение попадания животных в карьерные выработки, их отлова и истребления.
Контроль загрязнения поверхностных и подземных вод производится отбором проб из открытого водоема в карьере и находящегося вблизи (при наличии), а также из 3-4 скважин режимной сети на содержание элементов-загрязнителей, поступающих от специализированной горнодобывающей техники и автотранспорта: нефтепродукты, фенолы, железо, марганец, никель. На участке открытого водоема в выработанном пространстве карьера пробоотбор производят в 2-4-х точках из срединной и придонной частей пруда. Отбор проб осуществляется ежеквартально.
В скважинах кроме гидрохимического обследования на следующие показатели загрязнения: нитриты, хлориды, сульфаты, БПК, тяжёлые металлы, сухой остаток, рН, нефтепродукты, производят ежемесячные замеры уровня и температуры воды.
При устанавлении в пробах увеличения концентрации определяемых веществ по сравнению с фоновыми показателями, необходимо принятие срочных мер по загрязнителей в грунтовые воды.
Загрязнение подземных вод возможно при попадании в водоносный горизонт загрязненного поверхностного стока и других сточных вод. Химический тип загрязненных сточных вод обусловливается возможными проливами нефтепродуктов при заправке техники и хранении ГСМ. В процессе возможной инфильтрации через зону аэрации в результате сорбционных процессов снижается концентрация тяжелых металлов, что не предотвращает загрязнения грунтовых вод. Характерной особенностью также является сезонное колебание величины общей минерализации.
Задачами мониторинга состояния подземных вод являются: выявление и оценка существующего их загрязнения, размещение мониторинговой сети наблюдательных скважин в зоне техногенного воздействия планируемой деятельности, определение перечня контролируемых показателей, частоты замеров и отбора проб [90].
В процессе мониторинга подземных вод отслеживаются уровень и температура подземных вод, макрокомпонентный состав, рН, БПК, хлориды, сульфаты, нитриты, железо (II), никель, нефтепродукты, тяжёлые металлы, сухой остаток. По водозаборной скважине мониторинг подземных вод включает замеры динамического уровня при водозаборе и статического уровня до и после его завершения и поквартальный отбор проб воды на анализ соответствия требованиям стандартов [19].
Для оценки изменения качества подземных вод при производстве работ и ведения мониторинга необходимо получить фоновые качественные характеристики, относительно которых будет отслеживаться изменение качества подземных вод. Программой мониторинга системы подземных вод предусматривается до начала производства работ обустройство режимной сети из 3-4 наблюдательных скважин по типовому проекту. Режимная сеть размещается с учетом местоположения, характера и размеров (формы) источников загрязнения; конфигурации области загрязнения подземных вод; строения водоносного горизонта (мощность, неоднородность и его граничных условий; направления естественного движения подземных вод); скорости движения загрязненных подземных вод. Периодичность режимных наблюдений - ежеквартально.
Для объективной оценки состояния окружающей среды в зоне влияния горнодобывающего производства важным условием является получение достоверных, как в качественном, так и количественном отношении, данных, что обеспечивается использованием стандартных методов пробоотбора.
Аналитическая информация должна быть сопоставима с использованием данных, полученных в различных лабораториях.
В процессе реализации программы комплексного геоэкологического мониторинга (КГМ) предприятие ежегодно должно проводить ее анализ и вносить коррективы при изменении в производственных технологических процессах, недостаточности инструментальных технических средств контроля или точности получения результатов мониторинговых наблюдений и модернизации оборудования. По результатам мониторинга горнодобывающее предприятие может совершенствовать природоохранительную программу, корректировать затраты на охрану окружающей среды и штрафы за её загрязнение, совершенствовать систему управления производством, уменьшать размер экологического вреда, рассчитанного на стадии проектирования объекта.
