Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 10
Проблема загрязнения почв тяжелыми металлами в районе деятельности угледобывающих предприятий 10
1.1. Анализ литературных источников по проблеме загрязнения почвы тяжелыми металлами в районе действия угледобывающих предприятий 10
1.2. Состояние изученности проблемы загрязнения почвы тяжелыми металлами в районе деятельности угледобывающих предприятий на основе анализа научно-исследовательских работ и патентной документации 18
ГЛАВА 2 20
Выявление факторов, оказывающих влияние нанакопление тяжелых металлов в поверхностном слое отвалов вскрышных пород и почвах прилегающей территории 20
2.1. Факторы, влияющие на поступление и накопление тяжелых металлов в почвы территории угледобывающих предприятий 20
2.2. Особенности климатических условий и почвенного покрова районов деятельности угледобывающих предприятий Восточного Забайкалья 32
2.2.1. Характеристика природных условий и почвенного покрова района расположения угольного разреза «Восточный» 33
2..2.2. Характеристика природных условий и почвенного покрова района расположения угольного разреза «Тигнинский» 36
2.2.3. Характеристика природных условий и почвенного покрова района расположения угольного разреза «Харанорский» 40
2.3. Краткая характеристика месторождений 43
2.3.1. Татауровское месторождение бурого угля (разрез «Восточный») 43
2.3.2. Тарбагатайское месторождение бурого угля (разрез «Тигнинский») 44
2.3.3. Харанорское месторождение бурого угля 44
(разрез «Харанорский») 44
ГЛАВА 3 47
Анализ существующих критериев оценки степени химического загрязнения почвы 47
ГЛАВА 4 61
Разработка методики опробования поверхностного слоя отвалов вскрышных пород и алгоритма ее реализации 61
4.1. Схема отбора проб на территории изучаемых предприятий 61
4.1.1. Схема отбора проб и результаты опробования территории предприятий в 2003 г 63
4.1.2. Схема отбора проб и результаты опробования территории предприятий, 2005 г 83
4.1.3.Схема отбора проб и результаты опробования территории предприятий, 2007 г 85
4.2. Динамика концентрации тяжелых металлов 90
4.3. Математическая обработка результатов эксперимента и разработка дифференцированного подхода к оценке степени загрязнения поверхностного слоя отвалов вскрышных пород 93
4.4. Разработка алгоритма реализации разработанной системы опробования и оценки степени загрязнения приповерхностного слоя отвалов вскрышных пород 110
4.5. Экономическая эффективность использования дифференцированного подхода 113
Список используемых источников
- Анализ литературных источников по проблеме загрязнения почвы тяжелыми металлами в районе действия угледобывающих предприятий
- Состояние изученности проблемы загрязнения почвы тяжелыми металлами в районе деятельности угледобывающих предприятий на основе анализа научно-исследовательских работ и патентной документации
- Факторы, влияющие на поступление и накопление тяжелых металлов в почвы территории угледобывающих предприятий
- Схема отбора проб на территории изучаемых предприятий
Введение к работе
Актуальность. Всевозрастающее внимание к охране окружающей среды вызвало особый интерес к вопросам воздействия на почву тяжелых металлов. Актуальным этот вопрос становится для угледобывающих регионов. Влияние угледобычи на природные комплексы велико и разнообразно, при этом наибольшая техногенная нагрузка приходится на почвенный покров. Забайкальский край является регионом, где широко развита горнодобывающая промышленность, одной из отраслей которой является угледобыча. Разработка буроугольных месторождений ведется открытым способом, что, по мнению ряда исследователей, является причиной неблагоприятной экологической ситуации в регионе. В последние десятилетия внимание одних исследователей более всего привлекали вопросы размещения отходов и рекультивации земель, тогда как другие обращали внимание на высокую вероятность накопления тяжелых металлов в отвалах вскрышных пород, образованных деятельностью угледобывающих предприятий и расположенных на их территории. Не менее важным вопросом оставалась разработка нормативов качества почвы. В настоящее время единой системы нормирования степени загрязнения почвы не существует. Установленные разными системами нормирования, в том числе и зарубежными, пороговые значения разнятся.
Влияние угольных разрезов Восточного Забайкалья на природные комплексы наиболее подробно рассмотрено в работах по оценке воздействия предприятий разрез «Восточный», разрез «Тигнинский» и разрез «Харанорский» на окружающую среду, в которых предполагается возможность накопления тяжелых металлов в почвах на территории предприятий и территории, прилегающей к предприятиям. О возможности загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами упоминается в работах Ю.М. Овешникова, Г.П. Бутина, Н.А. Добрыниной. Отмечена дальнейшая миграция загрязняющих веществ вглубь по профилю почвы либо по
трофическим цепям в организм животных и человека. Более детальных
исследований, посвященных вопросу накопления тяжелых металлов в почвах, подверженных прессингу угледобывающих предприятий, в Забайкальском крае проведено не было. Поэтому настоящая работа, посвященная изучению отвалов вскрышных пород, расположенных на территории угледобывающих предприятий Забайкальского края, а именно содержания тяжелых металлов в поверхностном слое отвалов вскрышных пород мощностью до 10 см и разработке подхода к оценке загрязнения его тяжелыми металлами приобретает актуальность.
Цель исследования: оценка степени загрязнения территории угледобывающего предприятия на основе дифференцированного подхода.
Основная идея работы: Для оценки степени загрязнения территории угледобывающего предприятия следует принять дифференцированный подход, заключающийся в установлении различных пороговых значений концентрации тяжелых металлов с учетом расстояния от карьера («источника загрязнения»), возраста отвала и установленной категории использования земель после проведения ее рекультивации.
Основные задачи исследования:
Изучение природно-климатических особенностей районов расположения предприятий и условий формирования почвенного покрова местностей, вовлеченных в производственный процесс.
Определение концентрации тяжелых металлов, содержания органического вещества и показателя кислотности рН в поверхностном слое отвалов вскрышных пород угледобывающих предприятий.
Анализ факторов, оказывающих влияние на поступление и накопление тяжелых металлов в поверхностном слое отвалов вскрышных пород угледобывающих предприятий с учетом особенностей производственного процесса изучаемых предприятий и природных характеристик района их расположения.
Анализ критериев оценки степени химического загрязнения почв с учетом вида использования земель и подхода к установлению порога.
Выявление закономерностей распределения концентрации элементов-загрязнителей в отвалах различного возраста с учетом расстояния от карьера.
Защищаемые научные положения:
Разработана единая система критериев оценки степени химического загрязнения почвы, которые выделены в две группы взаимодействующие друг с другом и тесно связанные между собой.
Разработан дифференцированный подход к оценке степени загрязнения территории угледобывающего предприятия, учитывающий удаление от источника загрязнения, возраст отвалов и установленную категорию использования земель после проведения их рекультивации и позволяющий снизить затраты на проведение биологического этапа рекультивации.
Разработана методика оценки степени загрязнения территории угледобывающего предприятия, основанная на дифференцированном подходе и учитывающая природно-климатические условия района расположения предприятия, природные характеристики почвенного покрова, возраст отвалов и вид использования земель после проведения рекультивации.
Объект исследования: территория угольных разрезов «Восточный», «Харанорский», «Тигнинский» Забайкальского края.
Предмет исследования: содержание тяжелых металлов в поверхностном слое почвы мощностью до 10 см отвалов вскрышных пород, расположенных на разном расстоянии от карьера.
Методологические и теоретические основы исследования.
При выполнении работы автор опирался на теоретические разработки в
области геохимии, почвоведения, изложенные в трудах Н.Г. Зырина,
М.А. Глазовской, В.А. Ковды, В.Б. Ильина, М.Я. Шпирта, Н.М. Воривохиной, Г.А. Юргенсона, Г.П. Бутина и др. Определение показателя
органического вещества проведено согласно ГОСТ 26213-91 «Почвы. Методы определения органического вещества». Определение показателя рН проведено в соответствии с требованиями ГОСТ 26423 - 85 «Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки». Определение валового содержания тяжелых металлов проведено по методике определения никеля, меди, цинка, мышьяка, кадмия и свинца в почвах, которые изложены в РД 52.18.191 - 89 «Методические указания. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом».
Достоверность и обоснованность выводов подтверждена
представительностью взятых почвенных образцов и результатами
экспериментальных лабораторных исследований, проведенных
аккредитованной лабораторией, ошибка которых по данным математической обработки составила 2-^4 %.
Личный вклад автора заключается в выборе объекта и предмета исследования, постановке целей и задач исследования. Автором проведен анализ и обобщение существующих систем нормирования качества почвы, проведен отбор представительного количества проб почв, выполнен анализ факторов, оказывающих влияние на концентрацию элементов-загрязнителей в поверхностном слое вскрышных отвалов. Критерии оценки степени химического загрязнения почвы сведены в единую систему, позволяющую проследить их взаимосвязь и взаимозависимость.
Научная новизна работы:
- впервые существующие нормативы и методы оценки степени химического загрязнения почвы сведены в единую систему. Нормативы разделены на две группы, тесно связанные между собой и взаимодополняющие друг друга;
обобщены данные о концентрации тяжелых металлов в поверхностном слое отвалов вскрышных пород угледобывающих предприятий Забайкальского края, что позволит уточнить затраты на проведение рекультивации земель предприятий угледобычи;
введено понятие дифференцированного подхода к оценке загрязнения почв территории угледобывающего предприятия, обоснованного результатами математической обработки данных, ' полученных в ходе проведения эксперимента, разработанной схемой отбора проб и необходимостью установления разных порогов на разном удалении от источника загрязнения (карьера).
Практическая значимость работы заключается в применении разработанного подхода к оценке степени загрязнения территории угольных разрезов «Восточный» и «Харанорский» и снижении затрат на проведение биологического этапа рекультивации; внедрении результатов диссертационного исследования на стадии предпроектных и проектных работ при выполнении Оценки воздействия ОАО «Разрез «Харанорский» и ООО «Читауголь разрез «Восточный», и при разработке раздела «Охрана окружающей среды» подраздела «Охрана и рациональное использование земельных ресурсов» в рабочих проектах для тех же угледобывающих разрезов; использовании результатов диссертационных исследований автора при чтении дисциплин «Введение в специальность», «Экология горного производства», «Комплексное использование природных ресурсов» для студентов специальности 13.04.03.65 «Открытые горные работы».
Апробация результатов исследования. Основные положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались на VI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальный потенциал вузов - на развитие дальневосточного региона России» (Владивосток, 2004), IV Международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2004), VI
межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых аспирантов и студентов (Нерюнгри, 2005), Международной научно-практической конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2005), Международной научно-практической конференции «Дальневосточная весна, 2006» (Комсомольск-на-Амуре, 2006), VI, VII, VIII, IX Международной молодежной научной конференции (Чита, 2003, 2004, 2005, 2006) IV, V, VII Научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2004, 2005, 2007), на научном симпозиуме «Неделя горняка-2005, 2006» в МГТУ, г. Москва.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них в реферируемых изданиях 2.
Объем и структура работы. Работа состоит из четырех глав, введения и заключения. Объем работы составил 130 печатных страниц, включая 25 рисунков и 22 таблицы.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю д.техн.наук, профессору Ю.М.Овешникову, к.биол.наук, доценту Н.А.Добрыниной за помощь, консультации, поддержку и внимание; профессору, заслуженному деятелю науки РФ д. г.-м.наук. Г.А.Юргенсону за внимание и ценные советы при подготовке диссертации; коллективу ФГУП «Станция агрохимической службы Читинская» за помощь в проведении анализов; доценту Н.Ю.Гораш за консультации и помощь в подготовке раздела диссертации.
Анализ литературных источников по проблеме загрязнения почвы тяжелыми металлами в районе действия угледобывающих предприятий
Сегодня, когда основой мировой экономики является топливо сжигающая энергетика, экологическая ситуация в мире все более усугубляется. Главным источником энергии сейчас служит нефть, на которую приходится 30 % коммерческого, энергопотребления; природный газ выступает как экологически предпочтительная альтернатива нефти и во многих случаях его доля составляет 23 %; уголь продолжает играть одну из ключевых ролей в производстве электроэнергии, а в общем энергопотреблении на его долю приходится 22 % [1].
По оценкам экспертов мировая потребность в угле к 2010 году повысится по сравнению с нынешней в два раза. В нашей стране уголь остается самым дешевым энергоносителем и потребность в углях постоянно возрастает.
Наряду с этим угольная промышленность является источником загрязнения окружающей среды. Сбор твердых отходов, транспортирование, складирование в отвалы, строительство отвалов и хвостохранилищ обусловливают большие эксплуатационные расходы. Под отвалы отторгаются десятки тысяч гектаров земли пригодной для сельскохозяйственной деятельности. Хранение углеотходов в отвалах сопровождается значительным загрязнением природной среды, в том числе грунтовых вод и воздушного бассейна [2, 3, 4, 5, 6].
В большинстве угледобывающих стран (Россия, США, ФРГ, КНР, и др.) выход твердых отходов при открытой добыче составляет 3-5 тонн на 1 тонну добываемого угля, а при шахтной добыче 0,2 - 0,3 тонны соответственно. По сравнению с другими предприятиями по добыче твердых горючих ископаемых наибольшее количество отходов образуется при открытой разработке. В зависимости от гидрогеологических условий масса отходов может изменяться (для различных разрезов России) от 0,8 до 20 тонн и в среднем составляет около 4 т на 1 тонну добываемого угля [7]. Кроме этого, большую опасность представляет самовозгорание отвалов. Средний горящий отвал в течение года выделяет от 620 до1280т8О2, 3000-5000 т СО, 230-290 TH2S, 11-30TNO2, 14400 тС02 (7200 не горящий) [8, 9]. Окислы серы, взаимодействуя с атмосферной влагой, образуют серную кислоту, которая выпадает с осадками на земную поверхность.
Забайкальский край обладает мощным энергоресурсным потенциалом. Основой энергетики нашего региона является уголь. На настоящий момент в области известно 9 месторождений каменного угля и 22 месторождения бурого угля, которые эксплуатируются или имеют подсчитанные и утвержденные запасы [10]. Читинская угольная компания сегодня обеспечивает углем население и промышленность нашего региона, а также потребности в топливе многих близлежащих регионов. Наиболее крупными угольными разрезами нашего региона являются разрез «Харанорский», «Восточный» и «Тигнинский». Основными потребителями харанорских углей являются «Читаэнерго», «Хабаровскэнерго», «Амурэнерго», «Дальэнерго». Добыча угля указанными предприятиями составляет более 10 тыс. тонн ежегодно и в будущем планируется увеличение объемов добычи [10].
Наибольшее влияние добыча угля оказывает на почвенный покров. При ведении добычи угля открытым способом принято выделять два вида загрязнения почвенного покрова - первичное и вторичное. Первичное загрязнение выражается в непосредственном разрушении земной поверхности путем создания карьеров и отвалов, т.е. извлечением вскрышных пород на дневную поверхность. Извлекаемые породы складируются в огромные отвалы, которые в период сильных ветров являются источником пыли. Кроме того, извлекаемые из недр вещества химически неустойчивы в условиях дневной поверхности и, мигрируя, могут влиять на свойства почвенного покрова, вызывать значительные изменения в составе подземных вод. В этом выражается вторичное загрязнение почвенного покрова [2,6].
В некоторых случаях угледобывающие предприятия являются сопутствующим фактором, оказывающим негативное влияние на почвенную экосистему. Опасная экологическая ситуация отмечена на территории Центрального углепромышленного района Донбасса в результате деятельности 28 шахт, химического производственного объединения «Стирол», Горловского химзавода, Никитовского ртутного комбината и других промышленных предприятий. В результате исследования почв на территории шахтных полей (шахты «Александр-Запад», «Кондратьевка») выявлены многочисленные очаги загрязнения почв, выраженные в наложении на природные аномалии техногенных ореолов рассеяния Hg, Sb, As, Pb, Zn, Cu, Ni, Li и других элементов, в результате чего образовались сложные ассоциации тяжелых металлов. Например, свинец обнаружен с концентрацией 1,6-5 ПДК [11].
Значительное загрязнение воздуха, почв и сельхозпродуктов токсичными тяжелыми металлами зафиксировано в городах Сибири, где используется уголь. Отмечено накопление тяжелых металлов в почвах Кемеровской области в зоне влияния предприятий угледобычи. Из всего спектра определенных элементов наиболее часто встречаются высокие концентрации кадмия, хрома, никеля, кобальта, цинка, свинца [12, 15].
Состояние изученности проблемы загрязнения почвы тяжелыми металлами в районе деятельности угледобывающих предприятий на основе анализа научно-исследовательских работ и патентной документации
Добыча угля сопровождается многосторонним воздействием на окружающую среду. Более интенсивному влиянию при разработке месторождений угля подвергается почвенный покров [2, 6, 8, 9, 13, 15, 17, 35]. Нарушенные и загрязненные почвы занимают значительные территории. При открытой добыче происходит нарушение почвенного слоя горными выработками, промышленными площадками, внешними отвалами, транспортными, энергетическими и другими коммуникациями. Велика вероятность химического загрязнения поверхностного слоя отвалов вскрышных пород и почв прилегающих территорий [8, 12, 16, 17]. Пути и источники попадания загрязнений в почву различны. По мнению многих авторов, отвалы являются одним из источников загрязнения почв, воздушного бассейна, грунтовых и поверхностных вод. Загрязняющие вещества могут проникать в почву как с пылевыми частицами, сдуваемых с поверхности отвалов, так и посредством геохимической миграции некоторых элементов. Перенос токсичных элементов вместе с частицами пыли возможен при ведении буровзрывных работ.
К районам разработки угольных месторождений приурочены обогатительные фабрики, теплоэлектростанции, химические предприятия, дающие твердые, жидкие и газообразные отходы. Источником поступления загрязняющих веществ почву являются свалки и места складирования промышленных и бытовых отходов. Опасность представляют отходы основного производства, к которым относятся лом черных металлов, золошлаковые отходы, отходы деревообработки, отходы ГСМ и РТИ, отработанные аккумуляторы [30, 31, 32].
Результаты исследований многих авторов позволяют сделать общие выводы о том, что загрязнение почв тяжелыми металлами и снижение почвенного плодородия наиболее интенсивно происходит в непосредственной близости (чаще всего до 500 м) от источника загрязнения и заметно ослабевает по мере удаления от него, а на расстоянии 30 - 40 км по направлению розы ветров почти полностью исчезает [36, 37, 38, 39]. Как правило, тяжелые металлы концентрируются в приповерхностном слое почвы (0-15 см) [36, 16, 21, 40, 41, 42, 43]. В почве они присутствуют в форме обменных ионов, входят в состав гумусовых веществ, карбонатов, оксидов алюминия, железа, марганца [42, 44, 45, 46, 47]. Накопление их в почве подавляет развитие растительности, неблагоприятно сказывается на животных, микроорганизмах [42, 94, 95]. Интенсивность накопления зависит от свойств почв, таких как содержание органического вещества, реакция среды, поглотительная способность, механический состав. Повышенная кислотность почв способствует более высокому их растворению, поглощению и большей токсичности. Почвы с высоким содержанием гумуса в большей степени восприимчивы к загрязнениям [48, 49, 50].
На прочности фиксации тяжелых металлов в почве положительно сказываются утяжеление механического состава, увеличение содержания гумуса, нейтральная или близкая к нейтральной реакция почвенного раствора. Однако разные элементы ведут себя неодинаково, например, цинк проникает глубже, чем кадмий и ртуть [51, 52, 53, 54, 91, 92, 93].
Более интенсивно накопление тяжелых металлов происходит в почвах с тяжелым механическим составом (суглинки, глины). Почва прочно связывает их, что в свою очередь предохраняет от загрязнения грунтовые и питьевые воды, растительную продукцию. Сама почва в этом случае постепенно становится все более загрязненной. Почвы легкого механического состава более устойчивы к загрязнениям. Они слабо связывают тяжелые металлы, легко отдают их растениям или пропускают через себя с фильтрующимися водами. На таких почвах возрастает опасность загрязнения растений и грунтовых вод [53, 54].
При фоновом содержании тяжелые металлы именуются микроэлементами. К микроэлементам относят магний, цинк, кобальт, молибден. Баланс микроэлементов важен для функционирования почвы как целостной системы. Микроэлементы необходимы для протекания многих важнейших биохимических процессов. Недостаток элементов замедляет некоторые внутренние процессы и иногда даже останавливает их, избыток микроэлементов также негативно сказывается на свойствах почвы и связанной с ней растительности [55].
Многие исследователи отмечают важное значение органического вещества, особенно гуминовых кислот, в накоплении микроэлементов. Отмечена четко выраженная концентрация кобальта, бериллия, цинка, кадмия олова, свинца в почвенном гумусе [53].
Кобальт, цинк, никель медь отнесены к группе почвенных биофилов, для которых выражено накопление в гумусовой оболочке почв, и отмечают, что по мере повышения содержания органического вещества увеличивается количество элементов в гумусовом слое почвы. Кроме этого, важную роль в накоплении микроэлементов играет кислотность почвы. Известно, что в кислых малогумусных почвах содержание кобальта, связанного с органическим веществом, незначительно и составляет 0,5 -1,3 мг/кг или 12-18 % от общего запаса его в почве [56, 57, 46, 58, 59, 60, 61, 62, 91, 92].
Факторы, влияющие на поступление и накопление тяжелых металлов в почвы территории угледобывающих предприятий
Географическое положение Забайкалья, его большая протяженность и горный характер рельефа определили неоднородность климата внутри региона и ряд своеобразных особенностей. Основной чертой климата региона является его резкая континентальность. Зима очень морозная, безветренная, малоснежная, с большим количеством солнечных дней. Среднемесячная температура воздуха в наиболее холодные месяцы опускается до минус 24 — минус 31 С. Это приводит к глубокому промерзанию почвы, которое достигает 3 - - 3,5 м, на песчаных грунтах 4 -н 5 м. Зимние низкие температуры обусловили существование отрицательных среднегодовых температур воздуха на всей территории Забайкалья. Они являются причиной охлаждения поверхностных горизонтов почвы до минуса 15 минуса 20 С, в результате чего процесс оттаивания почвы замедляется, а нижние горизонты почвы практически не прогреваются. Данный факт является причиной широкого распространения многолетней мерзлоты. Высокие летние температуры и оптимальное количество осадков обуславливают оптимальное развитие всех биологических процессов и рост растений. Такой период длится 2 +- 2,5 месяца. Весна и осень обычно сухие с невысокими температурами воздуха. Сильные ветры весной вызывают пыльные бури и являются причиной разрушения почвенного покрова и многочисленных пожаров.
Формирование почвенного покрова рассматриваемых в работе территорий происходит в условиях сурового резко-континентального климата, основными чертами которого являются большие колебания среднесуточных температур, продолжительная морозная, почти бесснежная зима, глубокое промерзание грунтов (до 2,5+3,0 м), небольшое количество осадков, сухой весенний и раннелетний периоды, очень короткий безморозный период, а, следовательно, укороченный биологический цикл развития растений и почвенных микрофауны. Почвы в основном используются под пастбища и сенокосы, небольшая часть под пашни.
К числу общих диагностических и агропроизводственных особенностей почв относят низкое содержание гумуса (1,5 - 4,0 %), легкий (супесчаный суглинистый) механический состав, низкое содержание усвояемых фосфора, калия, азота, невысокая сумма поглощенных оснований (17+20 мг.экв.), малая мощность гумусового горизонта у укороченных 15+17 см, у малогумусных 23+25 см. Большая площадь почв подвержена дефляции [64, 70, 30, 31, 32].
Согласно природному районированию данная территория относится к природному округу Ононо-Ингодинское среднегорье и находится в Читинско-Улетовском лесостепном и боровом районе [70].
Климат района резко-континентальный с большими амплитудами температур воздуха и малым количеством осадков, высокой сухостью воздуха и минимальной облачностью.
Среднегодовая температура воздуха в районе отрицательная и меняется от 0С (ст. Улеты) до минус 5С (ст. Чита). Продолжительность периода с отрицательными температурами составляет около 6 месяцев, переход температур через О С отмечается в конце марта и конце сентября - начале октября. Наиболее холодным месяцем является январь, имеющий среднюю температуру минус 20,4 С и абсолютный минимум, равный минус 47,0 С (ст. Чита, 1947 г.). Для наиболее теплого месяца характерна среднемесячная температура, равная 18,0 - 18,6 С и максимум, достигающий 38,2 С (ст. Чита, 1993). Единственным месяцем, не имеющим заморозков, является июль. Основное количество осадков выпадает в теплый период. С летними дождями, особенно затяжными, связано повышение уровня воды в реке Ингода. Зимой количество осадков незначительно, максимальная величина снежного покрова составляет 8- -9 см. Продолжительность периода со снежным покровом 5 месяцев (ноябрь-апрель).
Для района с. Улеты и месторождения наиболее характерны ветры юго-западного и южного направления. Средние многолетние скорости ветра изменяются от 0,9 м/с (январь) до 2,9 м/с (май). В весенний период скорости ветра нередко достигают 17-К20 м/с. Очень редко в районе наблюдаются небольшие снежные метели.
В районе распространены почвы следующих типов: луговые, лугово-болотные, болотные, иногда встречаются лугово-лесные мерзлотные, горные дерново-подтаежные и горные глубокопромерзающие.
Территория непосредственного ведения работ (местности 8) охватывает пойму реки Ингоды. Пойма сложена аллювием мощностью от 4 до 8 м., представленным русловой и пойменной фациями. Русловая фация: пески, гравий, галечник. Пойменная фация: пески, супеси, суглинки. Более возвышенные участки высокой поймы сложены преимущественно песчано-гравийным материалом, а поверхность низкой поймы супесчано-суглинистым материалом. Распространены луговые, лугово-болотные и болотные почвы глубокопромерзающие. Местами на высокой пойме и по русловым валам имеются лугово-лесные мерзлотные почвы.
Схема отбора проб на территории изучаемых предприятий
Согласно методическим указаниям [79] при отсутствии данных о приоритетных элементах-загрязнителях в пределах изучаемой территории необходимо проводить определение элементов, отнесенных к 1-му классу опасности. Так как исследования отвалов вскрышных пород угольных разрезов Забайкальского края ранее не проводились нами принято на начальном этапе определить концентрацию 8-ми элементов, отнесенных к тяжелым металлам: Ni, Си, Zn, Cd, Со, Pb, Mn.
Исследование территории угольных разрезов проведено в 2003, в 2005 и в 2007 годах. В ходе проведенных исследований определено содержание органического вещества, показатель рН, концентрация элементов Ni, Си, Zn, Cd, Со, Pb, Mn.
Определение показателя рН проведено согласно требованиям ГОСТ 26423 - 85 «Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки». Содержание органического вещества определено согласно требованиям ГОСТ 26213 - 91 «Почвы. Методы определения органического вещества». Определение валового содержания тяжелых металлов выполнено по методике определения никеля, меди, цинка, мышьяка, кадмия и свинца в почвах, изложенной в РД 52.18.191 -89 «Методические указания. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом».
Нормы ПДК для тяжелых металлов приняты соответственно ГН 2.1.7.020 - 94 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах с различными физико-химическими свойствами (валовое содержание, мг/кг)».
Отбор проб проведен с учетом рекомендаций по проведению полевых исследований и картографированию [83, 84, 85, 86] и ГОСТов по отбору проб почв [87,88].
Выбранная схема отбора проб основана на «розе ветров», характерной для каждого района. Образцы взяты с наветренной стороны в точках: «граница карьера», «100м от границы карьера», «300 м от границы карьера», «500 м от границы карьера», «900 м от границы карьера».
В 2003 году взяты образцы почв с отвалов на территории разрезов «Харанорский», «Восточный», «Тигнинский». На территории разреза «Восточный» взято 14 образцов, на территории разреза «Харанорский» - 12, на территории разреза «Тигнинский» - 9, весом 0,5-1,0 кг.
В 2005 и 2007 годах проведено повторное опробование территории угольного разреза «Восточный». Повторное опробование территории угольных разрезов «Тигнинский» и «Харанорский» не проводилось.
Анализы проведены в три этапа: 1-ый - определение валового содержания тяжелых металлов (Си, Zn, Cd, Со, Pb, Ni, Мп) в образцах почв, взятых в точках «граница карьера». Проведено сравнение с ОДК, которое показало отсутствие их превышения для всех элементов, кроме Ni. Поэтому на 2-ом этапе определено содержание никеля во всех остальных образцах. Определение содержания меди, цинка, кадмия, кобальта, свинца, марганца в этих образцах не проводилось, так как превышение норм ОДК обнаружено не было. На третьем этапе определено содержание органического вещества и показатель рН в каждом образце, включая контрольные.
Для того чтобы установить существует ли отклонение в содержании органического вещества и кислотности почвы проведено сравнение с данными по этим показателям, зарегистрированным в контрольном образце. Территория угольного разреза «Харанорский» На территории разреза «Харанорский» проведено опробование местностей 6 по ландшафтной карте (рис.2).
Местности 1. Озерно-аллювиальное понижение, входящее в Притургинско-Хадабулакско-Харанорскую депрессию. Непосредственно Харанорская впадина вытянута с северо-запада на юго-восток. Поверхность днища ровная, почти плоская, отметки высот 670 - 700 м, вблизи озера Харанор 660 м. Горные породы представлены рыхлыми четвертичным отложениями (супеси, глины суглинки, пески, песчано-гравийные материалы) и коренными породами нижнемелового возраста (алевролиты, аргиллиты, различные песчаники). Имеется многолетняя мерзлота, ее мощность составляет 4 - 10 м. Речная сеть здесь отсутствует, в период дождей действуют временные водотоки.
Почвенный покров описываемой местности представлен луговыми, лугово-каштановыми каштановыми мучнисто-карбонатными почвами. Луговые и лугово-каштановые почвы залегают по наиболее пониженным участкам в комплексе с солончаками и сильно засолены. Каштановые и темно-каштановые мучнисто-карбонатные почвы формируются в условиях атмосферного увлажнения под луговой растительностью
Местности 2. Аллювиально-озерная депрессия, отделенная от соседних территорий невысокими увалообразными повышениями.
Отметки днища колеблется в пределах от 670 до 680 м. Здесь расположены мелкие соленые озера, пересыхающие в сухое время года - оз. Цаган-Порум, Хара-Хойтей. и др. С севера в котловину входят устья речек Эдартуй, Чингитуй, Тоготуй и др., которые в засушливый период также пересыхают.
Похожие диссертации на Инженерно-экологическая оценка содержания тяжелых металлов в поверхностном слое вскрышных отвалов угольных разрезов
