Введение к работе
Актуальность работы. Восточный Донбасс располагается на западе Ростовской области и охватывает территории Белокалитвенского, Красносулинского, Октябрьского, Каменского и Родионово-Несветайского административных районов. На протяжении многих лет он является одним из наиболее проблемных в экологическом отношении регионов Российской Федерации. Природный комплекс здесь подвергается интенсивному техногенному воздействию. Основной вклад в осложнение экологической ситуации вносят предприятия угольной промышленности. Начавшаяся в 90-е годы реструктуризация угледобывающей отрасли, основу которой составляет ликвидация нерентабельных шахт, заметно усилила негативные явления.
Ликвидация шахт на территории Восточного Донбасса привела к возникновению и развитию значительного количества негативных последствий. Основные проблемы связаны с подъемом уровня подземных вод, подтоплением и заболачиванием территории, ухудшением качества воды поверхностных и подземных водных объектов, выделением из выработок токсичных и взрывоопасных газов, активизацией микросейсмических явлений. Геоэкологические проблемы Восточного Донбасса, в том числе в связи с реструктуризацией угольной промышленности рассматривались многими исследователями (Кушнарев, Хаванский, Приваленко, 1996; Хаванский и др., 2000; Закруткин и др., 2000; Никаноров, Страдомская, Иваник 2002; Глазовский, Закруткин и др., 2003; Гавришин, Климова 2003; Никаноров, 2004; Приваленко и др. 2004; Приваленко 2005; Мохов, 2005; Федоров, Рылов, 2006; Гавришин, Корадини, 2009; Закруткин, Иваник, Гибков, 2010). Вместе с тем, необходимо признать, что изученность состояния речных вод региона до сих пор остается на низком уровне. Хотя среди перечисленных экологических проблем именно ухудшение гидроэкологической обстановки заслуживает особого внимания. Дело в том, что ликвидация выработанных шахт преимущественно «мокрым способом» сопровождается извлечением на дневную поверхность и сбросом в поверхностные водные объекты значительных объемов техногенно измененных подземных (шахтных) вод. По сравнению с исходными, подземными шахтные воды более минерализованы за счет высоких концентраций сульфатов, а также содержат повышенное количество железа, марганца и алюминия. При этом, как выяснилось (Гавришин, 2001; Мохов, 2005; Закруткин, Скляренко, Гибков, 2011) наиболее высокой степенью минерализации характеризуются шахтные воды ликвидируемых шахт.
Важно отметить, что наибольшее воздействие испытывают малые реки Восточного Донбасса. Многие из них утратили свои природные функции, происходит массовая гибель зоо- и фитопланктона, стало невозможным использование поверхностных вод не только для питьевых нужд населения, но и водопоя скота, полива и других хозяйственных целей. В этой связи выявление основных источников поступления загрязняющих веществ в реки, оценка степени загрязненности поверхностных водотоков, находящихся под влиянием ликвидированных шахт и районирования территории Восточного Донбасса по степени остроты гидроэкологического риска является задачей первостепенной важности.
Целью работы является выявление пространственно-временных закономерностей изменения гидроэкологической ситуации в Восточном Донбассе в связи с реструктуризацией угледобывающей промышленности.
Поставленная цель предопределила необходимость решения следующих задач:
провести анализ и обобщение данных об основных источниках формирования химического состава речных вод Восточного Донбасса;
дать оценку качества речных вод Восточного Донбасса на современном этапе;
оценить влияние реструктуризации угольной промышленности на современную гидроэкологическую ситуацию в Восточном Донбассе;
дать пространственно-временной анализ гидроэкологического риска на территории Восточного Донбасса в связи с реструктуризацией угольной промышленности.
Объект и предмет исследований. Основными объектами исследований являются реки Восточного Донбасса, испытывающих сильное антропогенное воздействие, в том числе предприятий угледобывающей промышленности. К предмету исследований относится эколого-географический анализ и оценка гидроэкологического риска в связи с ликвидацией нерентабельных угольных шахт.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выявлены и систематизированы природные и антропогенные источники формирования химического состава речной воды для всей территории Восточного Донбасса;
определено качество речных вод Восточного Донбасса на современном этапе;
оценено влияние реструктуризации угольной промышленности на гидроэкологическую ситуацию в Восточном Донбассе на современном этапе и за весь период ее проведения;
впервые проведено районирование территории Восточного Донбасса по степени остроты гидроэкологического риска.
Практическая значимость работы. Полученные результаты обеспечивают геоэкологическую оценку и прогноз состояния малых рек в условиях техногенного воздействия при ликвидации нерентабельных шахт и могут служить основой при определении приоритетности водоохранных мероприятий и подготовке программ по оздоровлению окружающей среды в Восточном Донбассе.
Материалы и методы исследований. Фактический материал исследований был получен автором в ходе работ по геоэкологической оценки территории Восточного Донбасса в связи с реструктуризацией угледобывающей промышленности, проводимых на протяжении последних лет коллективом кафедры геоэкологии и прикладной геохимии ЮФУ под руководством профессора В.Е. Закруткина. Наряду с результатами собственных исследований, в диссертации использовались данные Центра социально-экологического мониторинга Восточного Донбасса (г. Шахты) по состоянию речных и шахтных вод. Также в диссертации были обобщены и проанализированы публикации, касающиеся источников формирования химического состава речных вод в регионе, особенностей влияния реструктуризации угледобывающей отрасли на окружающую среду, методик оценки качества речных вод и проведению гидроэкологического районирования.
Статистической обработке подвергнуто 3840 проб речной воды с анализом рН, концентрации растворенного в воде кислорода, главных ионов, сумма ионов (по сухому остатку), концентрации соединений 13 металлов (Feобщ, Al, Be, Co, Cr, Cd, Li, Mn, Cu, Ni, Pb, Sr, Zn), в том числе 40 для выявления фоновых значений химического состава речных вод и 26 для проведения оценки методами биотестирования.
Основой работы являлся системный подход, ориентированный на комплексную оценку объектов исследования. Он был реализован с помощью метода комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям, разработанного сотрудниками Гидрохимического института Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды В.П. Емельяновой и Е.Е. Лобченко (Методика…, 2004). В сравнении с традиционным показателем загрязнения воды (ИЗВ) данный подход позволяет дать более объективную оценку качества поверхностных вод, поскольку учитывает не только отношение отдельных элементов и соединений к их предельно-допустимым значениям, но и частоту повторяемости ПДК и оценку комплексности загрязнения. Наряду с этим, применялись следующие методы исследований: статистический, картографический, сравнительно-географический и балльных оценок. При составлении картосхем использовались возможности графических пакетов Corel DRAW 13, Golden Surfer 8, Microsoft SQL Server.
Личный вклад автора выразился в непосредственном участии на всех этапах исследований при планировании работ, сборе и обобщении статистической и литературной информации, оценке объемов поступления загрязняющих веществ в речную сеть, оценке влияния реструктуризации на качество речных вод, определении уровня загрязненности рек Восточного Донбасса, составлении карт районирования по степени остроты гидроэкологического риска.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Тема диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.36 -«Геоэкология», так как изучение динамики компонентов природного комплекса в условиях антропогенного воздействия в результате реструктуризации угольных шахт входит в круг задач геоэкологии. Проведены исследования по следующим направлениям в отрасли «Науки о Земле»: 1) п.1.8. «Природная среда и геоиндикаторы ее изменения под влиянием урбанизации и хозяйственной деятельности человека», п. 1.9 Оценка состояния, изменения и управления современными ландшафтами, п. 1.13. «Динамика, механизм, факторы и закономерности развития опасных техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности и риска…».
Основные защищаемые положения:
1. Техногенные воды ликвидируемых нерентабельных шахт являются одним из основных источников загрязнения поверхностных вод Восточного Донбасса. Их доля в общем объеме загрязняющих веществ, поступающих в речную сеть, варьирует от 21% в бассейне Северского Донца до 48% в бассейне Тузлова.
2. По степени загрязненности вода рек Восточного Донбасса соответствует 4 и 5 классам – «очень грязная» и «экстремально грязная». При этом реки бассейна р. Тузлов характеризуются наихудшим качеством воды.
3. Реструктуризация угольной промышленности и связанная с ней ликвидация нерентабельных угольных шахт заметно ухудшают и без того напряженную гидроэкологическую обстановку в Восточном Донбассе, в результате чего за последние десять лет произошел переход качества речных вод из класса «грязная» в классы «очень грязная» и «экстремально грязная».
4. В пределах Восточного Донбасса выделены районы, соответствующие четырем уровням гидроэкологического риска – среднему, высокому, очень высокому и экстремально высокому. При этом на большей его части (около 75% территории) отмечается высокий – экстремально высокий риск, а значит и большая вероятность ущерба здоровью населения при использовании речной воды в хозяйственных и питьевых целях.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты исследований докладывались автором на конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2010 г.), на Международной научной конференции «Современные проблемы водной токсикологии (Петрозаводск, 2011 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа» (Грозный, 2011 г.) и публиковались в научных изданиях, рекомендованных ВАКом – «Известия Российской Академии наук. Серия географическая», «Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки». Всего по теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Общим объем составляет 152 страницы. Текст сопровождается 29 рисунками и 36 таблицами. Список использованной литературы включает 154 наименования.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю д.г-м.н., профессору В.Е. Закруткину за конструктивную критику и помощь в написании работы. В процессе выполнения исследований автор пользовался советами и рекомендациями к.г.н., доцента Д.Ю. Шишкиной, которой автор также выражает свою признательность.
Автор благодарен за консультации сотрудникам Гидрохимического института (ГХИ) Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды к.г.н. В.М. Иваник, д.б.н. Е.Н. Бакаевой и к.х.н. Л.М. Предеиной.
