Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Эколого-хозяйственные проблемы земель, возникающие в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов 10
1.1 Реализация задач ведения мониторинга земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов 10
1.2 Земли промышленности, как фактор риска экологических ситуаций 14
1.3 Структура природно-хозяйственной организации добычи железных руд в Лебединско-Стойленском горнопромышленном узле 19
1.4 Влияние открытой добычи и переработки полезных ископаемых на окружающую среду 25
1.4.1 Источники нарушений окружающей среды при открытой карьерной добыче полезных ископаемых 31
1.4.2 Виды воздействий источников нарушения природной среды при горной добыче 34
1.4.3 Влияние добычи и переработки полезных ископаемых на ландшафт 44
1.5 Особенности воздействия автомобильного транспорта на состояние земель 47
Глава 2. Методический подход к картографическому обеспечению мониторинга земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов 57
2.1 Принципы и методы проведения исследований 57
2.2 Методика выполнения работ 62
Глава 3. Картографическая оценка земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов 69
3.1 Физико-географическая характеристика района исследований 69
3.2 Разработка карт, характеризующих состояние и использование земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов. Картографическая оценка района исследований 72
3.2.1 Использование земель 72
3.2.2 Ландшафтная дифференциация земель 80
3.2.3 Загрязнение земель 88
3.2.4 Характеристика природно-техногенного каркаса района 97
3.2.5 Устойчивость почв к загрязнению 115
Глава 4. Использование и охрана земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов 127
4.1 Адаптивная система землепользования и жизнеобеспечения на землях, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов 127
4.2 Мониторинг природного потенциала земель 130
4.3 Мониторинг земель горнодобывающих территорий 136
4.4 Рекомендации по охране земель в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов 140
Выводы и предложения 159
Список использованной литературы 162
Приложения 176
- Структура природно-хозяйственной организации добычи железных руд в Лебединско-Стойленском горнопромышленном узле
- Особенности воздействия автомобильного транспорта на состояние земель
- Загрязнение земель
- Рекомендации по охране земель в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов
Введение к работе
Актуальность темы. На современном этапе земельный фонд значительной части территории Российской Федерации затронут различными негативными процессами. Результатом хозяйственной деятельности стало сокращение площадей сельскохозяйственных угодий и увеличение площадей нарушенных земель, обусловленное интенсивным развитием промышленного производства.
Интенсификация развития горнодобывающей промышленности на землях Белгородской области, в условиях практически полного отсутствия безотходных производств, привела к широкому развитию негативных процессов, основными из которых являются техногенное загрязнение земель и дегумификация, ведущих к неуклонному снижению плодородия почв в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов. Действенным механизмом, призванным осуществлять контроль за качественным состоянием и использованием земельного фонда, является мониторинг земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов, представляющий собой составную часть государственного мониторинга земель, ведение которого без картографического обеспечения не представляется возможным. В настоящее время обеспеченность территорий картографическими материалами, как отмечает П.Ф. Лойко (2006), неудовлетворительна. Карты устарели и, в целом, по России подлежат обновлению на 82 %. Разработка и оперативное обновление карт должны, прежде всего, основываться на использовании материалов дистанционного зондирования (космофотосъемки), поскольку наземные обследования требуют больших затрат времени и средств.
Космические снимки, обуславливая достоверность и объективность получения информации о состоянии и использовании земель, определяют методологическое единство работы в направлении системного подхода к комплексной оценке земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов.
Актуальность проблемы, состоящей в необходимости решения задач совершенствования картографического обеспечения мониторинга земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов, определила выбор темы, цели и задач исследования.
Целью исследования является совершенствование методического подхода к картографическому обеспечению мониторинга земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Рассмотреть информационную базу мониторинга земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающего промышленного комплекса
(ГДПД) и выявить с использованием дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) источники и виды негативных воздействий.
-
Обосновать методический подход к картографическому обеспечению мониторинга исследуемых земель.
-
Разработать серию карт по природно-техногенному воздействию на земли Лебединско-Стойленского горнопромышленного узла (ЛСГПУ).
4. Разработать картографическую модель природно-техногенного
каркаса рассматриваемой территории.
5. Дать рекомендации по охране земель и улучшению экологической
обстановки исследуемого района, направленные на уменьшение воздей
ствия горнодобывающего промышленного комплекса.
Объектом исследования являются земли, находящиеся в зоне влияния Лебединско-Стойленского горнодобывающего промышленного комплекса (ЛСГДПК) Белгородской области.
Предмет исследования — методический подход к картографическому обеспечению мониторинга исследуемых земель и проектирование тематических карт.
Теоретической и методологической основой исследования являются концептуальные теоретические, методологические и практические разработки вопросов создания информационного обеспечения и совершенствования системы мониторинга земель А.А. Жирова, А.Б. Беликова, А.С. Козлова, В.Я. Заплетена, Н.В. Комова, Л.Н. Кулешова, П.Ф. Лойко, Ю.А. Полякова, П.С. Русинова, У.Д. Самратова, В.В. Тишкина и других; принципы экодиагностики территории Б.И. Кочурова; теория и методология крупномасштабных экологических исследований И.И. Косиновой; разработка картографических материалов на основе дистанционного зондирования Земли Е.А. Востоковой, В.А. Сушеня, Ю.Г. Кельнера, В.Л. Андронникова, В.И. Кравцовой, Ю.Ф. Книжникова и других.
Исследования проводились с использованием методов дистанционного зондирования (ДЗ), ландшафтного дешифрирования космических снимков, картографического сравнительно-географического, анализа семантических и фондовых источников, компьютерного моделирования и прогноза.
Исходные материалы. В основу работы положены результаты исследований автора, проводившихся в 2000 - 2006 г.г., фондовые материалы Федерального агентства кадастра объектов недвижимости по Белгородской области, Территориального межрайонного отдела Староосколь-ского района, Территориального межрайонного отдела Губкинского района, ОАО «Лебединский ГОК», материалы ДЗ - космические снимки вы-
5 сокого и среднего уровня разрешения со стандартизованными характеристиками.
Научная новизна. Предлагается новый методический подход к мониторингу земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов; определен перечень карт, призванный охарактеризовать использование и состояние исследуемых земель, природно-хозяйственную организацию территории; разработан комплекс авторских карт с использованием ДЗЗ: использования земель, ландшафтно-типологическая, гипсометрическая, карта крутизны склонов, карта - модель природно-техногенного каркаса района исследований, влияния природных и техногенных объектов на состояние земель, карта типизации земель по устойчивости к техногенным загрязнениям, карта - схема зон загрязнения, обусловленного деятельностью ЛСГДПК, ландшафтный космофотопрофиль участка земель Губкинско-Старооскольского района территории разработки железных руд; поведена комплексная оценка земель, находящихся в зоне влияния ЛСГДПК; даны рекомендации по рациональному использованию и охране земель исследуемого района.
Достоверность результатов обеспечивается системным подходом к изучению земель природно-техногенных систем, современными методами исследований, объективностью используемой космофотоинформации с фиксированными параметрами и базируется на большом массиве собранных достоверных фактических, структурированных и систематизированных материалов. Компьютерная обработка и моделирование, картографирование, автоматизированный подсчет площадей земель и прочее производилось с помощью специализированных картографических программ, входящих в состав программно-аппаратных картоиздательских комплексов и программ общего назначения: GIS Panorama, AutoCAD, CorelDRAW, Adobe Photoshop CS.
Практическая значимость. Результаты исследований представляют практический интерес для Федерального агентства кадастра объектов недвижимости по Белгородской области, Территориальных межрайонных отделах Старооскольского и Губкинского районов и ОАО «Лебединский ГОК», в разработке мер по оптимизации использования земель, находящихся в зоне техногенного влияния и реального управления рисков возникновения экологических ситуаций. Методические и технологические разработки могут применяться на аналогичные природно-техногенные системы ЦЧР и использованы при составлении проектов горнодобывающих предприятий открытого типа с целью минимизации их воздействия на окружающую среду и разработке мер по рекультивации земель уже действующих горно-добывающих предприятий. Научные разра-
6 ботки используются в практической деятельности Управлением федерального агентства кадастра объектов недвижимости по Белгородской области. Теоретические и методические наработки используются в учебном курсе «Региональная экология», а также при проведении производственной и предквалификационной практик на естественно-географическом факультете Воронежского государственного педагогического университета.
Защищаемые положения:
-
Информационная база мониторинга земель, находящихся в зоне влияния горнодобывающего промышленного комплекса.
-
Методический подход к картографическому обеспечению исследуемых земель.
-
Комплекс авторских карт по природно-техногенному воздействию на земли Стойленско-Лебединского горнопромышленного узла.
4. Картографическая модель природно-техногенного каркаса. рас
сматриваемой территории.
5. Рекомендации по охране земель и улучшению экологической об
становки исследуемого района.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на конференции молодых ученых и специалистов факультета экологии и химической технологии Воронежской технологической академии (Воронеж, 2000); на II научно-практической конференции «Мониторинг земель в системе управления ресурсами регионов России (на примере Воронежской области) (Воронеж, 2003); на V межрегиональной научно-практической конференции «Региональный мониторинг и оценка земель. Опыт. Современные проблемы и пути решения» (Воронеж, 2005); на IX Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ» (Липецк, 2005); на VI Международной научно-практической конференции «Опыт и проблемы природопользования при реализации президентских программ в Центральном Черноземье России» (Воронеж, 2006).
Личный вклад автора заключается в сборе и анализе фактических данных, дешифрировании и компьютерной обработке космоснимков, в проектировании и разработке серии тематических карт (карта использования земель, ландшафтно-типологическая карта, гипсометрическая карта, карта крутизны склонов, карта природно-техногенного каркаса района исследований, карта влияния природных и техногенных объектов на состояние земель, карта типизации земель по устойчивости к техногенным загрязнениям, ландшафтный космофотопрофиль участка земель Губкин-ско-Старооскольского района территории разработки железных руд),
7 компьютерном моделировании, формулировании выводов работы, разработке рекомендаций по информационному обеспечению территориального землеустройства и мониторинга земель.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 175 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений, списка использованных литературных источников, включающего 132 наименования. Текст диссертации содержит 13 таблиц и 16 рисунков и приложения.
Структура природно-хозяйственной организации добычи железных руд в Лебединско-Стойленском горнопромышленном узле
Залежи железных руд, открытые в прошлом столетии в Центрально-Черноземном регионе, определили основные условия развития здесь горнорудной промышленности. Из восьми основных железорудных провинций мира Курской магнитной аномалии по запасам железорудного сырья принадлежит ведущее место. Подсчитано [85], что разведанные здесь запасы руд, даже при увеличении производства их добычи в 3 - 4 раза, можно разрабатывать несколько столетий.
Разработка залежей руд Курской магнитной аномалии открытым способом ведется на трех горнорудных предприятиях (Лебединский, Стойленский, Михайловский карьеры) и подземным способом на шахтах им И. М. Губкина. Размещениє ряда месторождений и рудопроявлений на территории Воронежской антекли-зы представлено на рисунке 1.
Производительность выработки полезных ископаемых составляет 75 - 80 млн. тонн в год. Мощность пластов железистых кварцитов изменяется от 200 -250 м до 2500 - 3500 м; на месторождениях встречается от 1 до 7 железистых пластов, что определяет эффективность их разработки [122].
Другая сторона эффективности - это высокая степень обеспеченности цементным и другим материально-строительным сырьем, получаемым при комплексной эксплуатации полезных ископаемых (при открытом способе разработки месторождений) и достаточная обеспеченность трудовыми ресурсами, обусловленная благоприятными социально-экономическими условиями развития района.
При возрастающей потребности черных металлов в промышленном производстве расширились и увеличили свою мощность металлургические заводы -Новотульский, Новолипецкий, Челябинский, Магнитогорский, Оскольский (ОМЭК), соответственно расширились и масштабы горных выработок. В результате развития горной промышленности, на базе залежей железных руд КМА, в Черноземном регионе сформировался и соответствующий территориально-производственный комплекс (ТПК). ТПК является наиболее рациональной формой организации производительных сил и производственно-территориальных сочетаний, где предприятия внутри него связаны разнообразными производственными связями, из которых наиболее важными, комплексообразующими являются производственные и производственно-технологические. В целом, ПТК - это управляемая система, которая формируется на определенной территории и в определенном промежутке времени. В пределах ПТК, в результате его формирования происходит процесс преобразования ресурсов в новые виды продукции, осуществляется взаимодействие производства и окружающей природной среды и определенного уровня условий жизни человека [3].
Главную роль в формировании ПТК играют месторождения-гиганты. Ядром ПТК является железорудная промышленность. На ее базе формируется мощный пироэлектрометаллургический энергопроизводственный цикл. Кроме того, здесь сформировался и ряд других энергопроизводственных циклов, важнейшими из которых являются индустриально-строительный, индустриально-аграрный, машиностроительный. Развитие производственно-технологических связей осуществляется по линии комбинирования и комплексирования производств в рамках крупных предприятий: КМА руда, Лебединского ГОКа, Михайловского ГОКа, ОЭМК. Имеют место и коммерческие связи с Итальянскими предприятиями, а также по экспорту производственной товарной руды. Среди потребителей продукции - Южная Корея, Венесуэла, США, Италия, Бельгия, Турция, Испания и ряд других стран [3].
Основу сферы материального производства конкретного узла горнопромышленного комплекса образует один или несколько полных или усеченных энергопроизводственных циклов. Особенности структуры технологического процесса, происходящего на Лебединско-Стойленском промышленном узле можно рассмотреть на основе Лебединского горно-обогатительного комбината.
Лебединский горно-обогатительный комбинат построен на базе Лебединского месторождения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии с целью увеличения сырьевой базы черной металлургии. Разработка месторождения ведется с 1971 года. Добыча кварцитов осуществляется открытым способом и характеризуется высокой интенсивностью ведения горных работ. Годовая производительность Лебединского карьера по горной массе составляет более 80 млн. т. На сегодняшний день Лебединский горно-обогатительный комбинат перерабатывает 45,5 млн. т железной руды, производит более 19 млн. т железорудного концентрата, 9 млн. т окатышей и 1 млн. т горячебрикетированного железа [17].
Технологический процесс производства железорудной продукции на ОАО «Лебединский ГОК» состоит из следующих основных стадий[17]:
1. Добыча железистых кварцев в карьере (бурение, взрывание, экскавация);
2. Транспортировка кварцитов на обогатительную фабрику, а вскрышных пород в отвалы;
3. Обогащение железной руды, производство железорудного концентрата с массовой долей железа 69,5% (крупное дробление, измельчение, магнитная сепарация, фильтрация). Часть продукции отгружается потребителю, часть поступает на дополнительное обогащение и окомкование.
4. Дообогащение части железорудного концентрата и получение концентрата с массовой долей железа 69,5% для использования в установках прямого восстановления железа на ОЭМК и Лебединском ГОКе;
5. Производство железорудных окатышей из рядового концентрата для доменного процесса и окатышей из дообогащенного концентрата для цеха горячеб-рикетированного железа (шихтоподготовка, окомкование, обжиг). Окатыши с массовой долей железа 66,5% отгружаются потребителю. Офлюсованные окатыши с массовой долей железа 66,5%, произведенные из дообогащенного концентрата, отправляются на металлизацию и брикетирование.
6. Производство горячебрикетированного железа.
Основные стадии технологического процесса производства железорудной продукции показаны на рис. 2.
Схематично процесс производства железнорудной продукции можно представить следующим образом:
Горные работы. Начальным звеном технологической цепи является карьер. Разработка месторождения, осуществляемая открытым способом, характеризуется высокой концентрацией и интенсивностью ведения горных работ.
Технология горных работ предусматривает:
- подготовку горной массы с помощью буровзрывных работ;
- погрузку взорванной руды и скальной вскрыши экскаваторами в большегрузные автосамосвалы и железнодорожные составы;
- транспортировку руды на обогатительную фабрику и вскрышных пород на внешние отвалы. Для процесса разрушения горных пород используются взрывные работы. Бурение скважин производится станками СБШ-250МН, СБШ-270ИЗ шарошечного бурения.
В качестве взрывчатых веществ для взрывания весьма крепких и обводненных пород на предприятии применяются эмульсионные взрывчатые вещества 2Тован», изготовленные по технологии фирмы ЕТИ (США, Канада) на ЛГОКе, с использованием российских компонентов.
Отработка рыхлых пород вскрыши производится экскаваторами ЭШ-6/45, ЭШ-10/60, ЭКГ-6,ЗУС с объемом ковша от 6 до 12 м с погрузкой на железнодорожный транспорт с полезной массой 1000 т и последующим складированием на внешних отвалах, а также средствами гидромеханизации с транспортировкой в гидроотвалы. 47% взорванной горной массы верхних горизонтов до глубины 200 м от поверхности грузится ЭКГ-8И, ЭКГ-10И, ЭКГ-6,ЗУС непосредственно в железнодорожный транспорт.
На глубине более 200 м рудоскальная горная масса разрабатывается комбинированным способом с применением большегрузных 110-130 т автосамосвалов и доставляется на перегрузочные площадки с последующей отгрузкой в железнодорожный транспорт и, в зависимости от качественного состава, вывозится на обогатительную фабрику или внешние отвалы.
Особенности воздействия автомобильного транспорта на состояние земель
Автомобильно-дорожный комплекс оказывает отрицательное экологическое влияние на окружающую среду, в том числе и состояние земель, которое складывается из ряда факторов [29-31, 45, 82]. Проложение трассы изменяет естественный рельеф местности, разрушает зачастую геоморфологические системы, образованные вековыми геологическими процессами выветривания, водного стока. Нередко дорога вторгается в протекание природных процессов, нарушает сложившееся равновесие компонентов. Дорожные насыпи и выемки меняют направление и концентрацию стока, уровень грунтовых вод, напряжение состояние грунтовых масс. Мосты и трубы стесняют водотоки, вызывают размывы и перенос грунтовых частиц. Возникают изменения микроклимата на придорожных территориях. Все это влияет на состояние растений и животных, и, в конечном счете, - на условия обитания людей. Нарушаются и сложившиеся пути миграции животных.
Дорожные сооружения тесно связаны со всеми компонентами среды. Эти связи обусловлены, в первую очередь, наземным расположением дороги и ее линейным характером, непрерывностью.
Местными последствиями строительства дорог являются изъятие земель, разделение территории трассой, изменение сложившейся инфраструктуры и прочее. Изменения, последствия которых не выходят за пределы полосы отвода и защитной полосы (снос зданий, загрязнение воздуха, почвы, шум на прилегающей территории), относят к локальным. Локальный характер имеет и большая часть воздействий в период строительства.
Территория, на которой проявляются изменения, вызванные строительством и эксплуатацией дороги, называют зоной влияния дороги. В зоне влияния возможны разовые превышения фоновых загрязнений атмосферы, воды, не достигающие предельно-допустимых величин. Проживание или пребывание людей на этой территории практически безопасно и не требует ограничений. В то же время, отдельные изменения гидрологического режима и микроклимата влияют на растительность, животных, приводят к постепенным трансформациям ландшафта. Важен учет последствий этих изменений при определении стоимости земли.
Основной источник непосредственных воздействий на людей, населяющих прилегающие к дороге территории, - движение транспортных средств. Оно созда 49 ет выбросы отработанных газов, шум, пыль, другие физические явления. В зависимости от интенсивности, состава движения и дорожных условий величина вредных воздействий может быть различной, меняется и расстояние их распространения. Территорию, в пределах которой вредные для человека воздействия могут превысить безопасный уровень (ПДВ или санитарные нормы), называют защитной полосой. На землях защитной полосы периодически достигаются предельные концентрации транспортного загрязнения, засорение почвы постепенно накапливается и при отсутствии защиты и может достигать недопустимых значений. Изменяется флора и фауна. На территории защитной полосы не допускается строительство жилых домов, включая размещение приусадебных участков, объектов рекреации и других сооружений с постоянным пребыванием людей.
В составе защитной полосы может быть выделена территория, в пределах которой уровень загрязнения систематически превышает ПДК - технологическая полоса. В таблице 7 приведены осредненные значения ширины названных полос, полученные по расчетам и данным наблюдений. Причем, в числителе приведены ширины полос для условий свободного распространения воздействий, в знаменателе - при наличии препятствий в виде форм рельефа или застройки, или леса на большей части ширины полосы [31].
Приведенный выше общий анализ позволил выделить три группы воздействий дороги на окружающие земли: самого сооружения, транспортных средств и технологических процессов строительства. Воздействия первой группы - посто 50 янные, второй - при наличии движения транспортных средств и третьей - в период выполнения работ [31].
Воздействие на природу самой дороги как инженерного сооружения имеет постоянный характер и не связано, непосредственно, с транспортными средствами.
Воздействие процессов строительства или ремонта дороги продолжаются сравнительно короткое время, но часто имеют более высокую интенсивность, чем транспортные. Опасность их последствий обусловлена первичностью и быстротой вторжения в природную систему, которая не успевает адаптироваться.
Основная масса вредных выбросов автомобиля приходится на отработанные газы. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автомобилей в 2004 г. составили 212,8 тыс. т. [106].
В России автомобили выбрасывают в окружающую среду почти 18 млн. т. в год вредных веществ. В ряде городов на долю автомобилей приходится 70% и более всех выбросов [126]. По оценке экспертов, в 235 городах России с общей численностью населения 64 млн. человек уровни загрязнения превышают ПДК, а во многих из них - в десятки раз, что представляет серьезную угрозу для населения и природы.
Глобальные последствия выбросов отработанных газов заключаются в изменении состава атмосферы, участии в образовании озонового слоя в стратосфере. Региональное распространение имеет процесс концентрации тропосферного озона. Местное распространение связано, обычно, с особенностями микроклимата и рельефа и имеет большое значение при определении экологического потенциала местности. Локальное распространение действует на прилегающей непосредственно территории и оказывает непосредственное воздействие на состояние почв и земель.
В продуктах сгорания автотранспорта, кроме С02 и Н20, присутствует СО, S02, N02, несгоревшие и образовавшиеся углеводороды СхНу, а также сажа и другие продукты: твердые вещества, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, углеводороды, летучие органические вещества, прочие. Из более двухсот веществ, входящих в состав автомобильных выбросов, в настоящее время контролируются лишь наиболее существенные.
Углекислый газ (диоксид углерода) - С02. Наиболее массовый продукт сгорания органического топлива и окисления биомассы. Относится к инертным нетоксичным газам. При стабильном состоянии глобальной экосистемы содержание его в атмосфере остается постоянным в основном за счет адсорбции водами океана. При избытке происходят изменения в озоновом слое, влияющие на геофизические и макроклиматические процессы. Нормативные ограничения на выбросы не установлены, но с давних пор контролируется общее содержание в атмосфере на региональном (национальном) уровне.
Оксид углерода (II) (моноксид углерода) - СО. Недоокисленный углерод относится к 4 классу токсичности. Опасен при большой концентрации - вступает в соединение с компонентами крови и вызывает тяжелое отравление. Длительность существования в атмосфере 1-2 месяца.
Окислы азота - (нитроген-оксиды) - N0. Быстротрансформирующаяся смесь оксида и диоксида. Образуется при высокотемпературных реакциях азота с кислородом. Отнесена ко 2 классу токсичности (в 41 раз опаснее оксида углерода) и даже в небольшой концентрации вызывает различные заболевания органов дыхания человека. При определенных погодных условиях окислы азота входят в соединение с выбросами углеводородов и образуют в воздушной среде больших городов губительные скопления смога. Существует в атмосфере несколько дней.
В выбросах дизельных двигателей окислов азота больше, чем у двигателей внутреннего сгорания, хотя значительно меньше окиси углерода. В западных странах индивидуальный контроль выбросов осуществляется в основном по окислам азота (у нас - только по монооксиду углерода).
Углеводороды - (гидрокарбоны) - СНХ. Неокисленные остатки процесса сгорания переменного состава. По токсичности относится к 3 классу. Дизели дают меньше легких, но больше ароматических и полиароматических (бензапирен) углеводородов. Совершенствование, двигателей и качества технического обслуживания существенно сокращают выбросы углеводородов. К вредным выбросам относят также сернистый газ (оксид серы (IV)) S02. Его содержание в отработавших газах двигателей относительно невелико и обычно не контролируется. Однако в промышленных выбросах сернистый газ приносит значительный ущерб окружающей среде (соединение с влагой воздуха дает раствор серной кислоты, особенно опасный для растительности).
Загрязнение земель
Анализу особенностей техногенного загрязнения Лебединско-Стойлинского промышленного узла уделялось большое внимание, как со стороны отдельных исследователей (И.И. Косиновой, В.Н. Анисимова, Е.А. Котенко, В.К. Кушнаренко), так и целых организаций [3, 25, 37, 39, 55-57, 84, 108], что связано с достаточной остротой проблемы экологического неблагополучия изучаемой территории.
В пределах рассматриваемого района сконцентрирован весь горнометаллургический цикл производства, который определяет образованную здесь природно-техногенную систему. Исследованиями выявлено, что при добыче руды открытым способом с помощью взрывных работ выбрасывается в атмосферу огромное количество газопылевых частиц. В расчете на 1 кг взрывчатого вещества поступает от 80 до 300 г пылевого аэрозоля с размерами частиц 20 мкм [84]. При среднем числе взрывов (25-26) в Стойленском карьере количество выбрасываемой пыли составляет 1,3-2,7 тыс. т., в Лебединском 3,7-74 тыс. т. Ареал выпадения частиц, размером 100 мкм достигает удаления 15-20 км. Взрывы сопровождаются образованием газообразных ядовитых продуктов, состоящих из СО, NO+, NO2 и других [25, 84]. Через 15 часов, в радиусе до 4 км, концентрация пыли превышает ПДК в 2-Ю раз, СОг - в 2-5 раз, NO2- 1,5-2 раза, радиус устойчивой зоны запыленности воздуха с уровнем 1-ПДП составляет 20-30 км [55]. При взрывных работах происходит сейсмические и акустические возмущения, которые также имеют негативные последствия [25].
Отходы производства складируются в хвостохранилищах и отвалах. В почвах и водоемах, опоясывающих хвостохранилища, содержание тяжелых металлов в 1,5-3 раза выше, чем в почвах прилегающих территорий [84, 117]. Установлено [108], что ареал пыления хвостохранилищ и отвалов достигает десятки километров. Вскрышные породы (мел, песок) подвержены сильной ветровой эрозии. Так в период формирования гидро-отвала «Березовый Лог» с 1 га его поверхности выносилось в год до 300 т пыли. В районе хвостохранилища, в почвах, среди компонентов I класса опасности преобладают свинец, хром, молибден и медь, относящиеся ко II классу опасности [55].
В пахотном горизонте черноземов, расположенных вокруг комбината, интенсивно протекает процесс ожелезнения почв, что связано с концентрацией железа, достигающего 6 % [108], в то время, как фоновое составляет 2-3 %, что оказывает угнетающее воздействие на произрастающую вокруг растительность.
Загрязняющие вещества, осаждаясь на растительности, проводят к ухудшению физиологических процессов обусловливая ее усыхание. Выбросы, оседающие на почву, проникают в глубину. Вблизи предприятия формируется техногенный слой пыли толщиной до 10 см; на расстоянии 300 м он составляет 6-8 см; 500 м - 2 см. Даже при удалении на расстояние до 1000 м он обнаруживается (посредством реакции вскипания от соляной кислоты), на глубине до 14 см. На расстоянии более 1000 м, отмечается вскипание от кислоты в 5-сантиметровом слое почвы [25].
В целом, объем выбросов промышленного производства (без учета автотранспорта), по данным ВСЕГЕИ, составляет 100 тыс. т/год загрязняющих веществ (составляя в расчете на 1 жителя района 100 тыс. т/год). В составе выбросов 66 % составляют твердые продукты, 34 % - газообразные и жидкие. В составе газообразных продуктов 58 % приходится на окись углерода, 32% составляют окиси азота, 9 % окиси серы и 1 % приходится на углеводороды и летучие органические соединения [84].
Внутренними реагентами загрязнения в ПТС открытого типа являются обслуживающая ее транспортная сеть, линии электропередач, трубопроводы, склады готовой продукции, которые «наслаивают» на общее пылевое загрязнение электромагнитное и газопылевое и другое воздействие.
В целом, комплексное воздействие «работы» всех звеньев техносферы предприятия горнопромышленного комплекса привело к загрязнению расположенных в соседстве земель. Общая площадь наиболее неблагополучных земель превышает 500 км . Около 80% почв характеризуется хлоридным и хлоридно-карбонатным, сульфатно-карбонатным, типами техногенного засоления, с участками сульфатно-карбонатного, сульфатно-хлоридного и хлоридного типов техногенного засоления. Вблизи промышленных площадей реакция среды почвенного раствора становится щелочной, пахотный горизонт обогащается катионами Са, Mg, Fe. Содержание Са возрастает до 2,3 % против 1,3% вне зоны загрязнения. Ареал рассеивания Fe в почвах прослеживается на расстояние 7-15 км, занимая площадь 100 км2. В этом радиусе отмечены вышекларковые концентрации Сг (7.8), Со (1.8), РЬ (1,7), а так же Zn и Си; повышенные содержания Cd (до 2.2 Кк) прослеживаются на расстоянии до 40 км [108].
В результате функционирования ПТС в районе образовались техногенно загрязненные зоны с различной концентрацией веществ промышленных выбросов [25, 39,108]:
- максимального воздействия с радиусом влияния до 3 км и модулем техногенной нагрузки 750-1050 кг/га и более в год (в зимний период 150-450 кг/га);
- умеренного воздействия с радиусом от 3-7 до 12-15 км и модулем техногенной нагрузки 165-750 кг/га (в зимний период 30-150 кг/га);
- слабого воздействия с радиусом 25-40 км и модулем техногенной нагрузки менее 165 кг/га.
По масштабам загрязнения земель, обусловленного влиянием Лебединско-Стойлинского промышленного комплекса, Кушнеренко В.К., Анисимовым В.Н. в исследуемом районе выделены четыре зоны экологического риска природопользования, которые наглядно формализованы [84] на карте-схеме, приведенной на рисунке 13.
Критерием оценки зон загрязнения является показатель превышения концентрации загрязняющих веществ по отношению к фоновому. Наибольшее превышение загрязнения отмечается в первой зоне, где его величина составляет 10-100 раз. Общая характеристика зон загрязнения приведена в таблице 10.
Наименьшая концентрация загрязнения отмечена в четвертой зоне, где их величина лишь в 2 раза выше фонового значения.
В целом, форма зон загрязнения различной степени неблагополучности имеет изометрическую форму, определяясь направлением перемещения воздушных масс и рельефными особенностями территории.
Напряженность экологической ситуации в районе исследований обусловлена не только работой горнопромышленного комплекса, но и функционированием других техногенных объектов, обеспечивающих как производство добычи полезных ископаемых, так и условий жизнеобеспечения населения. В целом, загрязнение земель связано с функционированием целого ряда комплексов и объектов, основными из которых являются: горнопромышленный комплекс, населенные пункты, дороги (автомобильные, железные) линии электропередач. Населенные пункты все чаще рассматриваются как зоны экологического бедствия различного вида напряженности [18] .Условия функционирования крупных городов определяют возникновение вокруг них геохимических аномалий. Современные города выбрасывают в атмосферу и водную среду около 1000 химических соединений. При комплексном расположении городской застройки и высокой плотности объектов промышленности, транспорта, связи и других элементов инфраструктуры ареалы их воздействия накладываются друг на друга, определяя общий, комплексный ареал трансформации природных комплексов, в частности земель, на значительных окружающих крупные города территориях. Хроническое загрязнение земель вокруг городов и вдоль дорог, на отдельных высокоурбанизированных территориях имеют двукратное превышение фонового загрязнения. В пределах этих площадей отмечаются пятна и полосы интенсивного загрязнения с десятикратным превышением фонового уровня [58] (Б.И. Кочуров, 2003). Исследования, проведенные И.И. Косиновой [55] выявили, что наиболее активно в трофической цепи зоны влияния ПТС включаются Ni, Мп и В а, причем Ni максимально аккумулируется травянисто-кустарниковой растительностью, а Мп и Ва - зерновыми культурами.
Рекомендации по охране земель в зоне влияния горнодобывающих промышленных комплексов
Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых особо остро ставит вопрос рекультивации нарушенных земель, что связано с сильным воздействием на окружающую среду, проявляющимся в виде эрозии, оползней, дефляции и других негативных процессов. Главной особенностью открытого способа разработки полезных ископаемых является непосредственное изменение ландшафтообразующей части литосферы. На больших площадях появляются положительные и отрицательные формы рельефа, полностью лишенные почв и растительности, изменяющие и загрязняющие поверхностные и подземные воды, а также атмосферный воздух. Все это полностью преобразует естественные, природные ландшафты в техногенные. Восстановление ландшафтов на месте горных выработок открытого типа происходит очень медленно. Поэтому прямой обязанностью человека является помощь природе к ускорению природных процессов в этом направлении. Весь комплекс таких мероприятий получил название «рекультивация». По С.С. Шварцу [119], возврат нарушенным землям народнохозяйственной ценности, создание хороших биогеоценозов в условиях техногенных ландшафтов, а также предупреждение вредного влияния этих участков на окружающую среду и составляют конечную цель рекультивационных работ. О важности рекультивации земель говорит и то, что в Основах земельного законодательства принята правовая норма, определяющая необходимость выполнения рекультивации, а также то, что она стала одной из самостоятельных межотраслевых проблем комплексной программы «Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов».
Классификация нарушенных земель приобретает особое значение и при установлении основных направлений рекультивации и видов последующего использования этих земель. Классификационная структура была разработана Государственным научно-исследовательским институтом земельных ресурсов (ГИЗР) и стала основой для составления «Инструкции по инвентаризации земель, почвенный покров которых нарушен при разработке месторождений полезных ископаемых и торфа, выполнении геолого-разведочных, изыскательских, строительных и других работ», утвержденной МСХ СССР, а также подготавливаемого проекта государственного стандарта Союза ССР «Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для целей рекультивации». Принципиальная схема технологической классификации приведена в таблице 11 [81].
Проект оптимального направления, а также технология рекультивации нарушенных земель устанавливаются в зависимости от конкретных условий. Выбор направлений рекультивации для каждого объекта обуславливается совокупностью природно-техногенных факторов: характеристикой рельефа, пригодностью горных пород на поверхности нарушенных земель для биологического освоения, гидрологией, а также зональными условиями, экономическими показателями, требованиями организации территории и ландшафтной планировки при учете социальной значимости проблемы.
В качестве примера рекультивации нарушенных в результате горнодобывающих работ земель можно привести данные по месторождению мела и песка «Зеленая поляна» Белгородской области [40].
Данное месторождение относится к общераспространенным полезным ископаемым (ОПИ) и эксплуатируется ОАО «Стройматериалы». Запасы мела здесь составляют 4829 тыс. м , песка - 21063 тыс. м . Суммарная площадь карьера 103,6 га. Ежегодно нарушаются земли на площади 5,3 га. Западная часть месторождения характеризуется изрезанным балками и оврагами рельефом со склонами до 30.
Рекультивация здесь осуществляется следующим образом. Дно карьера подготавливается под пашни (74,7 га), а его борта - под лесопосадки (28,9 га). Под сельхозугодия (пастбища- 17,3 га) производится рекультивация внешнего отвала, размещаемого в выработанном пространстве карьера Белгородского месторождения песка. Рекультивация карьера мела выполнялась с 1986 года и завершается в 2006 году (на год позже окончания добычных работ).
Результаты оценки вскрышных пород, с точки зрения биологической рекультивации, проведенной в соответствии с нормами ГОСТа 17.5.1. 03 - 78, приведены в таблице 12, согласно генерального плана рекультивации земель, намечены два участка: участок 1 (меловой карьер) и участок 2 (внешний отвал, расположенный в отработанном карьере Белгородского месторождения песка). По ним произведена вертикальная планировка и подсчитаны объемы земельных работ.
Основные технико-экономические показатели территории рекультивации следующие: объемы земляных работ (в м3) выемки, насыпи, почвенно-растительного слоя соответственно равны 169500; 43400; 377400; общая площадь территории равна 120,9 га; коэффициент остаточного разрыхления вскрышных пород - 1,05 и почвенно-растительного грунта 1,04. Приведенный пример из ряда положительных, где придерживаются технологии производства горных работ, и выполняется план рекультивации земель, тем самым, сокращая сроки возвращения земель в дальнейшее использование.
К сожалению, во многих случаях рекультивационные работы на карьерах и отвалах не только не ведутся на стадии разработки полезных ископаемых, но и после окончания добычи, несмотря на то, что разра боткой их занимаются различ ные ведомства, предприятия и организации. Наблюдающийся процесс закрытия значительного количества выработок делает ситуацию еще более острой. Ведомственный порядок приводит к тому, что одни и те же виды полезных ископаемых добываются рядом мелких карьеров, часто расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Кроме того, каждая из организаций обычно берет лишь один нужный ей вид сырья, остальные же сбрасываются в отвалы. За счет этих отходов (особенно вскрышных пород) можно было бы уменьшить добычу аналогичных полезных ископаемых или значительно повысить обеспеченность ими народного хозяйства [78]. Очевидно, назрела необходимость сосредоточить добычу всех видов полезных ископаемых в руках одного ведомства, которое в одинаковой мере было бы заинтересовано в добыче каждого из них; сократить количество мелкопроизводительных карьеров и заменить их меньшим количеством более производительных с высоким уровнем механизации производственных процессов; при выборе стройматериалов в том или ином районе учитывать не только месторасположения потребителей сырья и расходы на его доставку, но и экологические последствия карьеров и перерабатывающих предприятий для окружающей среды [102].
Чтобы достичь большей эффективности в восстановлении нарушенных земель и возвращении их в хозяйственное использование, необходимо осуществлять жесткий контроль за всеми открытыми разработками, их динамикой, влиянием на окружающую среду, ходом выполнения рекультивационных работ; одновременно, уделяя внимание совершенствованию методов и технологий, поиску новых подходов к решению проблемы.
Специалисты научно-производственного объединения «Эколандшафт», разработали противоэрозионную биоинженерную систему водоотведения поверхностных вод с территорий новообразованных в процессе горнодобывающих работ грунтов. Предлагаемая система состоит в общем случае из трех частей: водосбор 146 ного участка, укрепленного с использованием биоинженерных технологий, водосборных лотков,1 выполненных из матрасов Рено, водопропускных фильтрующих камер- отстойников, разделенных фильтрующими плотинами, выполненными из габионных конструкций и ветлэндов (биоплато). Габионы представляют собой заполненные каменным материалом корзины, изготовленные из стальной плотно оцинкованной сетки двойного кручения с шестигранными ячейками. Сетка прочна, устойчива к коррозии и истиранию, долговечна, не расплетается при механическом повреждении отдельных проволочек.
Ветлэнды или биоплато - искусственные водные объекты, которые содержат биоценозы (макрофиты и микроорганизмы) играющие важную роль в дополнительном очищении стоков. Совокупное действие указанных частей обеспечивает эффективность системы. В настоящее время разрабатываются новые конструкции противоэрозионных систем водоотведения, которые включают кроме уже перечисленных элементов, фильтрующие камеры, выполненные из габионных конструкций и заполненные природными сорбентами. В качестве фильтрующего материала для заполнения габионных конструкций нами предлагается использовать цеолиты.
Применение цеолитов как неорганических ионообменников эффективно во многих случаях и имеет ряд преимуществ перед применением традиционных фильтрующих материалов. Цеолиты являются кристаллическими водными аллю-мосиликатами, содержащими в качестве катионов элементы I и II групп периодической системы. Первичными структурными единицами цеолитов являются тетраэдры Si04 и АЮ4, вторичными - 4-х, 6-ти, 8-ми членные кольца. Каркас содержит полости, сообщающиеся между собой каналами. В них находятся молекулы воды и катионы, которые могут обмениваться на другие катионы. Ионообменные свойства как природных, так и синтетических, цеолитов зависят от природы катиона (заряд, размер), температуры, концентрации катиона в растворе, структурных особенностей данного цеолита.
