Введение к работе
Актуальность работы. Интенсивное развитие промышленного производства в XX и XXI веках привело к заметному ухудшению качества окружающей природной среды. Появились так называемые техногенно-нагруженные территории (ТНТ). Под ТНТ предлагается понимать территории, обладающие высоким природно-ресурсным потенциалом, в пределах которых ведется активная промышленная и хозяйственная деятельность человека. В этой связи первоочередной задачей является интегральная оценка отдельных техногенно-нагруженных территорий в целях выработки приоритетных направлений природоохранной деятельности с преобладанием доли либо профилактических, либо реабилитационных мероприятий. Практическая значимость интегральных оценок заключается также в сравнительной оценке отдельных участков ТНТ, прогнозе возможностей их дальнейшего использования как в промышленных, так и сельскохозяйственных, селитебных, рекреационных целях. Системы природоохранных мероприятий в укрупненном виде можно подразделить на два блока: профилактический и реабилитационный. Стоимостные показатели этих блоков значительно отличаются (С.Н. Бобылев, В.В. Глухов, В.В. Куриленко, Н.Н. Лукьянчиков, Е.В. Рюмина). Существующая в настоящее время система эколого-геологических оценок дифференцированно характеризует отдельные компоненты природной среды. Такой подход возможен для оценки локальных объектов, не оказывающих значимого негативного воздействия. Применение данных методик для техногенно-нагруженных территорий не дает целостного представления о сложившейся эколого-геологической ситуации, в результате внедряемые природоохранные мероприятия не взаимоувязаны, недостаточно эффективны, нередко противоречат друг другу.
В этой связи актуальность настоящей работы заключается в разработке единого интегрального подхода при эколого-геохимических оценках техногенно-нагруженных территорий, позволяющего формировать научно обоснованную, практически эффективную систему природоохранных мероприятий.
Одними из наиболее ярких представителей техногенно-нагруженных территорий являются районы крупных металлургических предприятий. Многие из них располагаются в европейской части России, где богатый природно-ресурсный потенциал территории сопровождается развитой промышленной инфраструктурой и высокой плотностью населения (около 100 человек км2). Особенности влияния черной металлургии на компоненты природной среды рассмотрены в работах Е.П. Волынкиной, О.Н. Грязнова, О.М. Гуман, Э.Ф. Емлина, В.В. Ильяша, И.И. Косиновой, А.И. Кочетова, Л.М. Симонян. Выявлено, что эколого-геохимический фактор трансформации ЭГС является одним из ведущих.
Современным направлением развития черной металлургии является создание электрометаллургических комбинатов. У авторов предшествующих исследований (Л.М. Симонян, А.И. Кочетова и др.) рассматриваются две противоположные позиции. Согласно первой электрометаллургия – экологически чистое производство. Второй подход свидетельствует о значительном преобразовании эколого-геологических систем в зонах влияния комбинатов. Несомненно, что рассматриваемый вид промышленного воздействия оказывает влияние на комфортность среды обитания, уровень которого в настоящее время недостаточно изучен. В этой связи нами для актуализации разрабатываемых методических подходов выбран крупнейший в России Оскольский электрометаллургический комбинат (г. Старый Оскол, Курская магнитная аномалия - КМА). Результаты исследований его воздействия на природную среду станут основой обоснования системы природоохранных мероприятий и послужат маркером дальнейших эколого-геологических оценок зон влияния электрометаллургических комбинатов.
Цель работы – разработка методики интегральной эколого-геохимической оценки техногенно-нагруженных территорий на примере Оскольского электрометаллургического комбината.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Анализ эколого-геологических условий территории Старооскольского района КМА.
-
Изучение особенностей пространства абиотических и биотических признаков района размещения Оскольского электрометаллургического комбината.
-
Разработка методики интегральной эколого-геохимической оценки с учетом особенностей пространства абиотических и биотических признаков техногенно-нагруженных территорий.
-
Интегральная эколого-геохимическая оценка территории Оскольского электрометаллургического комбината.
-
Обоснование приоритетной системы природоохранных мероприятий.
-
Разработка эколого-геологического мониторинга района крупного электрометаллургического предприятия на базе интегральной эколого-геохимической оценки.
Объект исследований – эколого-геологическая система зоны влияния Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК).
Предмет исследований – моделирование интегральной эколого-геохимической оценки техногенно-нагруженной территории.
Фактический материал. В основу диссертации положены эколого-геохимические исследования автора в рамках НИР «Разработка проекта мониторинга состояния почв и подземных вод на территории промплощадки ОАО «ОЭМК» и в зоне его влияния». Исследования проводились в период с 2005 по 2009 гг. и включали полевые, аналитические и камеральные работы. Также в диссертационной работе использовались материалы ОАО «Белгородгеология», Управления по экологии Оскольского электрометаллургического комбината.
В сферу наблюдений были включены приповерхностные отложения (169 образцов), подземные воды (180 проб), тератологические наблюдения (150 проб). Анализ демографических показателей проводился по данным федеральной медико-статистической службы и включал около 1 тыс. наблюдений. Экологическая оценка состояния приземного слоя атмосферы включала анализ 500 наблюдений по ведущим загрязняющим элементам.
Достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированных методов анализа и статистической обработки фактического материала, а также системного подхода в изучении объекта, использованием общепринятых критериев оценки полученных данных.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Ведущая роль в распределении геохимических потоков вещества в эколого-геологической системе Старооскольского района Курской магнитной аномалии принадлежит приповерхностному блоку, включающему отложения мезозойской и кайнозойской эратем. Формирование техногенно-нагруженной территории обусловлено наличием богатого природно-ресурсного потенциала (крупнейшее железорудное месторождение России) и развитой техногенной инфраструктурой, включающей горнодобывающий и обрабатывающий комплексы, интенсивное сельское хозяйство, транспортную и строительную индустрии.
-
Методика интегральной эколого-геохимической оценки техногенно-нагруженных территорий на основе многоуровневой графоаналитической модели, включающей три блока. Первый блок представляет собой статистическую векторную модель абиотической компоненты эколого-геохимического состояния ЭГС. Во втором – предлагается аккумулировать информацию по биотическим факторам ЭГС. Третий – систематизирует данные об изменениях состояния здоровья населения. Деградационные изменения в системе при ее техногенном преобразовании проявляются в виде накопления элементов на верхних уровнях графоаналитической модели.
-
Интегральная эколого-геохимическая оценка зоны влияния ОЭМК, соответствующая уровню экологического риска по всем анализируемым абиотическим и биотическим признакам. Среди абиотических компонент ЭГС максимально техногенно преобразованными являются почвы и приповерхностные отложения. Для них определены ведущие загрязняющие элементы: хром и марганец. Среди биотических факторов в большей степени проявлена биохимическая деградация растительности.
Научная новизна.
Разработана и опробована новая методика интегральной эколого-геохимической оценки техногенно-нагруженных территорий, отличающаяся построением статистической векторной модели абиотической компоненты эколого-геохимического состояния ЭГС. На ее основе строится интегральная модель, включающая абиотические эколого-геологические условия (ЭГУ), биотические факторы и медико-демографические показатели.
Впервые обобщены особенности пространства абиотических и биотических признаков района размещения Оскольского электрометаллургического комбината.
На основе интегральной эколого-геохимической оценки выделены участки, перспективные для различных видов освоения: промышленного, водо- и сельскохозяйственного, рекреационного.
Определены основные направления формирования системы эколого-геологического мониторинга в зонах крупных электрометаллургических предприятий, позволяющие эффективно планировать и контролировать природоохранные мероприятия.
Теоретическая значимость работы определяется интегральным подходом при эколого-геохимической оценке зоны влияния крупного электрометаллургического предприятия. Обоснованы количественные параметры состояния эколого-геологических систем, необходимые для получения интегральных оценок. Использование предлагаемой методики возможно на предприятиях-аналогах.
Практическая значимость работы определяется возможностью количественной оценки состояния эколого-геологической системы в 12 км зоне влияния Оскольского электрометаллургического комбината. На основе полученных результатов предложена система эколого-геологического мониторинга. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при эколого-геохимической оценке предприятий аналогов.
Апробация работы. Основные результаты научных исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались автором: на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (Саратов, 2006, 2007); Международной научно-практической конференции «Обеспечение экологической безопасности в чрезвычайных ситуациях» (Воронеж, 2007); Международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития» (Москва, 2007); молодежной научной конференции, посвященной памяти чл.-кор. АН СССР К.О. Кратца «Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии» (г. Санкт-Петербург, 2007); научной сессии Воронежского государственного университета (секция экологической геологии. Воронеж, 2008, 2009); Межвузовской молодежной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2008, 2011); Международной конференции «Месторождения природного и техногенного минерального сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поисков, экологическая геология» (Воронеж, 2008, 2009); Всероссийской межвузовской научной конференции «Молодые - наукам о Земле» (Москва, 2008); Научной сессии Воронежского государственного университета (Воронеж, 2010, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных литературных источников. Объем работы составляет 150 страниц машинописного текста, включающих 35 рисунков, 20 таблиц, 20 формул. Список использованной литературы состоит из 140 наименований.
