Оценка экологического состояния природной среды в угледобывающих районах Амурской области

Краткое описание

Введение... 4

Глава 1. Экологические аспекты открытой разработки угольных

месторождений... 12

1.1. Влияние горного производства на воздушный бассейн... 15

1.2. Влияние горного производства на водный бассейн... 16

1.3. Влияние горного производства на ландшафты... 19

1.4. Научно-методические подходы к экологическим исследованиям ... 21

Глава 2. Методы исследования... 27

Глава 3. Ландшафтно-экологические исследования — основа

экологического картографирования... 32

3.1. Основные этапы освоения... 34

3.2. Анализ ландшафтно-экологической ситуации до начала

разработки угольных месторождений... 36

3.3. Трансформация морфологических частей ландшафта... 59

3.4. Влияние депрессионной воронки... 69

3.5. Источники загрязнения... 73

3.6. Оценка загрязнения поверхностных вод... 76

3.7. Качественный состав воздуха... 90

3.8. Геохимические показатели загрязнения почв... 95

3.9. Состояние здоровья населения... 100

3.10. Временной анализ состояния природной среды

в районах угледобычи... 101

Глава 4. Оценка экологического состояния территорий

угольных месторождений... 105

4.1. Методический подход к оценке экологического

состояния природной среды... 107

4.2. Показатели оценки качества природной среды... 112

4.3. Картографическое выражение экологического

состояния природной среды... 118

Глава 5. Пути оптимального природопользования

в угледобывающих районах ... 125

Заключение... 134

Литература... 137

Приложения... 157
Введение

Введение

Охрана природной среды и рациональное использование её ресурсов -глобальная проблема современности. Интенсивное освоение природных ресурсов и ускоренное развитие промышленности влекут за собой непредвиденные изменения природной среды, что зачастую приводит к непредсказуемым, неблагоприятным для природы и человека последствиям.

Среди многих глобальных экологических проблем, таких как разрушение озонового слоя, загрязнение мирового океана, общее потепление климата и т.д., не меньшее значение имеют локальные проблемы, вызванные, в частности, деятельностью горнорудной промышленности. Угольная промышленность в этом отношении занимает особое положение, потому что добыча угля по объёму превосходит все другие виды горнодобывающих работ вместе взятых.

Амурская область является крупнейшей минерально-сырьевой провинцией, ресурсы которой определяют стратегию развития топливно-энергетического комплекса всего Дальнего Востока. Общие ресурсные запасы каменных и бурых углей в области составляют 73 млрд.т., что сопоставимо с суммарными запасами Хабаровского края, Читинской области, Сахалина и Приморья (Сорокин и др., 1998). К сожалению, имеющиеся на балансе промышленные запасы угля используются в области недостаточно. В настоящее время разрабатываются Райчихинское (в стадии доработки), Арха-ро-Богучанское, Ерковецкое и, в незначительных объёмах для местных нужд - Огоджинское месторождение. Разведаны и утверждены в государственном

комитете запасов для открытой разработки Свободненское, Сергеевское и Тындинское месторождения бурого угля, которые могут служить надёжной топливной базой Приамурья.

Наблюдается отставание темпов добычи угольного топлива от потребления, что обуславливает его завоз из Забайкалья и Восточной Сибири. Экономический расчёт института «Томсктеплоэлектропроект» показывает, что при поставке на Благовещенскую ТЭЦ канско-ачинского угля, удельные затраты на тонну условного топлива будут в 2,5-4 раза выше, чем ерковецко-го и в 1,7-2,8 раза выше, чем свободненского угля (Сорокин и др., 1998). Таким образом, показатели конкурентноспособности энергетических углей и их дефицит в Амурской области подтверждают целесообразность широкого освоения собственных месторождений и предопределяют необходимость ускоренного строительства здесь новых разрезов.

Исследования, проводимые на многочисленных угольных месторождениях в различных регионах России, в том числе и на территории Амурской области, несмотря на большое количеством полученного материала и рекомендаций, весьма редко сопровождаются комплексной ландшафтно-экологической интерпретацией полученных результатов. Для этих целей не достаточно разработаны способы и методы крупномасштабного картографирования, позволяющие отобразить экологическую ситуацию на эксплуатируемых объектах в целом и на отдельных "болевых" участках.

В связи с ростом объемов добычи угля и нарастающим вовлечением территорий угольных месторождений в хозяйственное освоение традиционно сложившимися методами, представляется важным осуществление комплексной оценки экологического состояния территории как эксплуатируемых, планируемых к разработке, так и уже отработанных месторождений с исполь-

зованием ландшафтно-экологических методов исследования; разработка оптимизационных мероприятий по рациональной организации территории.

Цель исследования - оценка природной специфики и экологического состояния территорий угольных месторождений Амурской области, отрабатываемых в тот или иной период времени.

В соответствии с целью исследования были поставлены и решались следующие задачи:

1. Оценить состояние и условия функционирования ландшафтов в угледобывающих районах до начала ведения горных работ.

2. Выявить типичные экологические проблемы, формирующиеся в угледобывающих районах.

3. Осуществить анализ экологических проблем в зависимости от стадий развития угольного горно-промышленного производства, пространственных и временных особенностей их проявления, предопределяющих формирование экологических ситуаций различной степени остроты.

4. Разработать принципы и методы составления крупномасштабных карт экологического состояния территории угольных месторождений, отрабатываемых открытым способом.

5. Разработать комплекс природоохранных, организационно-управленческих и природовосстановительных мероприятий в угледобывающих районах Амурской области.

Объекты исследования — угольные месторождения на юге Амурской области: «Ерковецкое» (Ивановский и Октябрьский районы), «Райчихинское» (Бурейский и Завитинский районы) и «Архаро-Богучанское» (Архаринский район), расположенные в хвойно-широколиственной зоне, отработка которых осуществляется открытым способом.

Исходные материалы. Работа основана на материалах полевых исследований 1996-2000 гг. Ерковецкого буроугольного месторождения, анализе фондовой, опубликованной информации ведомственных и научных учреждений по угольным объектам Амурской области, России и зарубежных стран. Автор принимал непосредственное участие в выполнении хоздоговорной темы: «Экологическая оценка состояния природной среды в зоне влияния Ерковецкого буроугольного разреза», которая выполнялась в ТОО «Карбон» Треста «Дальвостуглеразведка». Немаловажное значение для выполнения работы имели результаты, полученные автором при осуществлении НИР в «Государственном природоохранном центре» при Комитете природных ресурсов Амурской области: "Составление карт условий природопользования и антропогенной нарушенное™ территории Амурской области". Опыт ландшафтных исследований автором приобретался в экспедициях по Норскому государственному заповеднику, в золотодобывающих районах Амурской области (Уруша-Ольдойский золотороссыпной узел и Октябрьский золотороссыпной узел), в национальном Муравьевском парке и рекреационных зонах Благовещенского района (Урочище «Мухинка»).

Предмет исследования — анализ и оценка ландшафтно-экологического состояния и картографирование экологического состояния территории угольных месторождений, отрабатываемых открытым способом (на примере модельного участка).

При выполнении диссертационной работы автор опирался на теоретические и методические подходы ландшафтного анализа, изложенные в трудах Н.А.Солнцева, Ф.М.Милькова, Д.Л.Арманда, В.А.Николаева, А.И Перельма-на, М.А.Глазовской, В.К.Жучковой, А.А.Видиной, Н.Ф.Реймерса и др. Методологической и методической основой разработки крупномасштабных карт экологического состояния территории эксплуатируемых угольных ме-

сторождений послужили работы А.Г. Исаченко, К.А. Салищева, А.А. Лютого, Б.И. Кочурова, А.В. Антиповой, З.Г. Мирзехановой и др.

Методы исследования: сравнительно-географический, ландшафтный, ландшафтно-геохимический, картографический, статистико-математический, полные химические анализы поверхностных, грунтовых и снеговых вод, полуколичественный спектральный анализ почвенных образцов и атомно-абсорбционный анализ газовых проб.

Научная новизна работы:

1. Впервые на одном из угольных месторождений Амурской области проведены комплексные физико-географические исследования: выполнены крупномасштабная ландшафтная карта и ландшафтно-геохимические исследования, позволившие определить природный геохимический фон;

2. Выявлены приоритетные загрязнители ландшафтов на территориях бу-роугольных месторождений Амурской области, установлены пространственные закономерности распределения загрязняющих веществ в компонентах ландшафта (приземные слои воздуха, снег, поверхностные воды, почва);

3. Определены особенности трансформации морфологических частей ландшафта под влиянием горнодобывающей деятельности (на примере модельного участка);

4. Дана оценка состояния здоровья населения в угледобывающих районах по статистическим данным медицинских учреждений;

5. Предложен методический подход к оценке уровня потери экологического качества природных и аквалъных территориальных комплексов модельного участка.

6. Разработаны оптимизационные мероприятия для конкретных частей ландшафта на модельной территории.

Защищаемые положения.

1. Крупномасштабная ландшафтная карта, обобщающая и констатирующая выделы морфологических частей индивидуального ландшафта, учитывающая объекты хозяйственной деятельности человека и типы нарушений компонентов ландшафта, обеспечивает эффективное использование географической информации в оценочных проработках, когда основными объектами землепользования являются целостные природные системы (или геосистемы).

2. Экологическое состояние территории отрабатываемых угольных месторождений, представляя собой сложную меняющуюся в пространстве и во времени совокупность экологических ситуаций, определяется уровнем потери экологического качества природных и аквальных комплексов.

3. Крупномасштабные карты экологического состояния территории отрабатываемых угольных месторождений аккумулируют данные, характеризующие состояние природной среды и специфику антропогенного воздействия, отображают экологическую безопасность и служат для научно обоснованного природопользования.

4. Результаты ландшафтно-экологических исследований в угледобывающих районах - основа для разработки территориально дифференцированных мероприятий по оптимизации природопользования, удовлетворяющих требованиям устойчивого развития.

Практическая значимость исследования. Результаты авторских разработок использованы сотрудниками Треста «Дальвостуглеразведка» для составления проектной документации и заключений ОВОС. Отработанные методики исследований рекомендованы для использования в горно-экологическом мониторинге на нарушенных территориях юга Дальнего Востока.

10

Основное содержание работы можно рассматривать как информацию о состоянии горнопромышленного ландшафта в добывающем районе, которая необходима для контроля и использования при принятии проектных, управленческих и организационных решений.

Фактические материалы могут быть использованы при: 1) экологической паспортизации земель; 2) бонитировке почв, кадастровой и стоимостной (экономической) оценке земель; 3) рекультивации нарушенных земель; 4) размещении промышленных и бытовых объектов по территории; 5) нормировании техногенного воздействия.

Содержащаяся в выполненных картах информация может стать основой разнообразных картографических построений: восстановленных ландшафтов, схем охраны природы, различных тематических карт, а также в качестве наглядных пособий.

Предложенные научно-методические подходы оценки влияния угледобычи на природную среду могут быть использованы на других угольных месторождениях.

Апробация. Ряд положений диссертации докладывался на конференциях: «Россия - наш общий дом» (Благовещенск, 25 февраля 1997 г.), «Гидрология и геоморфология речных систем» (Иркутск, 7-10 октября 1997 г.), «Человеческое измерение в региональном развитии» (Биробиджан, 28 сентября-2 октября 1998 г), «Геохимия ландшафтов, палеоэкология человека и этногенез» (Улан-Удэ, 6-11 сентября 1999 г.), «Новые научные технологии в Дальневосточном регионе» (Благовещенск, 27-29 сентября 1999 г.), «Сохранение биоразнообразия Амурской области» (Благовещенск, 20-21 марта, 2000 г.), «Зейско-Буреинская равнина: проблемы устойчивого развития» (Благовещенск, 17-18 декабря 2001 г.) и «Проблемы устойчивого развития регионов в XXI веке» (Биробиджан, 30 сентября - 2 октября 2002 г.).

и

По теме и проблематике диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения.

Объём работы составляет 209 страниц. Основной текст изложен на 136 страницах машинописного текста. Работа содержит 15 таблиц и 30 рисунков. Список литературы составляет 202 названия, в том числе 6 на иностранном языке. Приложения занимают 51 страницу.

Автор выражает искреннюю благодарность д.м.н., профессору Александру Борисовичу Косолапову за конструктивные советы по методологическим и медико-географическим аспектам, за помощь и участие в организационных вопросах, за доброжелательное отношение к диссертационной работе и советы по её улучшению.

В ходе выполнения работы большую помощь оказывала Ольга Васильевна Проц. Автор чрезвычайно ей благодарен. За моральную и материальную поддержку автор выражает свою любовь и признательность супругу Виктору Николаевичу Борисову. Его участие помогло осуществлению этой работы.

12

Глава 1. Экологические аспекты открытой разработки угольных

месторождений

Теоретической основой рационального природопользования и мероприятий по охране природной среды, в том числе при разработке полезных ископаемых, служит учение академика В.И.Вернадского (1978, 1983) о биосфере и ноосфере. Можно условно выделить два исследовательских этапа по этой проблеме.

Первый этап - этап предварительного накопления знаний (до 1980-х годов). В этот период были сформулированы принципы и некоторые методические приемы изучения нарушенных земель под влиянием добывающей промышленности. Угольные месторождения рассматриваются в ряде работ (Дончева, 1978; Зайцев и др., 1977; Методические указания ..., 1973; Моторина,-Овчинников, 1975 и др.). В наиболее общем виде основные методические положения при изучении таких территорий предусматривают обследование и типизацию нарушенных и подлежащих нарушению площадей. Сюда входит анализ геологического строения участков, состав пород, выведенных на дневную поверхность или подлежащих выведению, пригодность их к определенным видам использования; прогноз динамики гидрогеологических условий; выбор методов рекультивации и технико-экономическое обоснование проектов рекультивации (Зайцев и др., 1977).

Главными вопросами, на которых сосредотачивалось внимание исследователей, являлись методы изучения собственно «технологических земель» (Овчинников, Федосеев, 1972), или типов собственно «техногенных новообразований» (Зайцев и др., 1977), куда входят, а) изучение и классификация основных форм нарушений рельефа в зависимости от характера промышленного использования территорий (Моторина, Овчинников, 1975; Овчинников, Федосеев, 1972; Трофимов, Овчинников, 1970), аккумулятивных форм (насыпи, отвалы, дамбы), денудационных форм (карьеры, провалы, просадки);

13

б) изучение и классификация вещественного состава грунтосмесей по их потенциальной пригодности для освоения (Теоретическое обоснование ..., 1973; Рекультивация земель ..., 1976; Колесников, Пикапов, 1973; Попов и др., 1970; Тарчевский, 1970). Большое внимание уделялось изучению скорости и направления почвообразовательных процессов на вскрышных породах, химической и биологической мелиорации слагающих их грунтосмесей, в частности устойчивости и приживаемости отдельных растений и их мелиорирующих свойств (Зайцев и др., 1977; Моторина, 1975; Рекультивация и почвообразование, 1977 др.).

В значительной части опубликованных работ рассматриваются, главным образом, отдельные формы нарушении природных ландшафтов - техногенные новообразования рельефа, литологического субстрата, гидрохимического режима и др. в результате прямого, технического воздействия. Площади косвенного воздействия - поврежденные ландшафты и их отдельные компоненты на разных расстояниях от источника воздействия -приводятся в работе Л.В.Моториной и В.А.Овчинникова (1975).

На втором этапе (с 1980-х гг.) сделаны теоретические обобщения по характеру воздействия горного производства на природную среду (Солнцева, 1981; Томаков, Коваленко, 1984 и др.), определены основные понятия и термины, связанные с охраной природной среды и природопользованием (Реймерс, Яблоков, 1982; Реймерс, 1990) и сформулировано новое научное направление - разработка научных основ рационального использования природных ресурсов и их охрана. Значительный вклад в развитие этого направления внесли В.В.Добровольский (1983), Г.В.Добровольский и ЛАГришина (1985), В.А.Ковда (1985), М.АГлазовская (1981, 1982, 1988), А.И.Перельман (1986) и др.

Исследования техногенных воздействий на природную среду стали принимать всё более комплексный характер. Пришло понимание, что нарушения

14

структуры и свойств окружающих территорий в результате загрязнения, иссушения или переувлажнения в связи с горнопромышленной деятельностью очень существенны, и что эти площади должны в обязательном порядке охватываться исследованиями.

Изучением угольных месторождений на территории России занимались и занимаются, прежде всего, ведомственные организации (ВСЕГИНГЕО, ВСЕ-ГЕИ, ИМГРЭ, Гидроспецгеология, Аэрогеология, Центргеология и др.) и ряд научных организаций РАН. В ведомственных организациях приоритетными направлениями исследований являются гидрогеологические, инженерно-геологические и геокриологические. Только последние 10-15 лет интенсивно развиваются горноэкологические исследования, которые базируются на широком привлечении данных различных наук для вскрытия и анализа междисциплинарных (в научном отношении) и межотраслевых (в практическом плане) связей, позволяющих подойти к всестороннему рассмотрению проблемы «горное производство и природная среда». Такой подход охватывает три аспекта рассматриваемой проблемы: горное производство как объект, воздействующий на природную среду; природная среда как объект, определяющий условия развития горного производства; взаимодействие этих двух объектов (Певзнер, Костовецкий, 1990).

Горноэкологические исследования направлены на решение следующих ключевых вопросов:

1. Создание научных основ горноэкологического мониторинга (наблюдения, контроля, управления) той части биосферы, которая подвергается воздействию со стороны горного производства.

2. Разработка принципов экономической оценки изменения биосферы под воздействием горного производства и общей природоохранной эффективности всех мероприятий по рациональному использованию минеральных ресурсов и их охране.

15

3. Разработка принципов и путей оптимизации воздействия горного производства на природную среду.

Горное производство по существу оказывает влияние на все элементы биосферы. В процессе горного производства образуются и быстро увеличиваются пространства, нарушенные горными выработками, отвалами пород и отходов переработки, отрицательное влияние которых распространяется на окружающие территории.

В связи с осушением месторождений и сбросом дренажных и сточных вод в поверхностные водоемы и водотоки резко изменяются гидрогеологические и гидрологические условия в районе месторождения, ухудшается качество подземных и поверхностных вод. Атмосфера загрязняется пылега-зовыми организованными и неорганизованными выбросами и выделениями различных источников, в том числе карьеров, отвалов и вспомогательных производств. В результате комплексного воздействия на указанные элементы биосферы существенно ухудшаются условия произрастания растений, обитание животных, жизни человека.

Работ, посвященных покомпонентной оценке экологического состояния природной среды на территориях угольных месторождений, значительное количество.

1.1. Влияние горного производства на воздушный бассейн

Горное производство вызывает два вида загрязнения атмосферного воздуха: запыленность и загазованность. Количество выбросов, их объемы и вещественный состав определяются источниками загрязнения. Рядом исследователей (Захаров, 1965; Милевский, 1960; Битколов и др., 1980; Осодоев, 1987; Горлов, 1990 и др.; Коваленко и др., 1990 и др.) установлено, что загрязнение воздуха в районе горных предприятий зависит от климатических и горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых, параметров горных выработок, отвалов и других техногенных

16

образований, их расположения относительно господствующего направления ветров.

По данным И.В.Терещевского и Я.В.Панкова (1974) с каждого гектара отвалов, сложенных из пород легкого гранулометрического состава, ежегодно выносится за пределы отвальных комплексов от 200 до 500 т пыли. Площадь запыленности составляет 500 га на 1 га отвальной поверхности. При этом в расчетах рекомендуется принимать, что 50% пыли откладывается на прилегающих к отвалам землях, а 50% пыли длительное время перемещается с воздушными потоками. Максимальное количество пыли с сухой поверхности отвалов оценивается 2-5 т/сут (Дороненко, 1979). При этом установлено, что при отложении пыли толщиной 4-5 см наступает полная гибель всходов зерновых культур (Дороненко, 1979).

1.2. Влияние горного производства на водный бассейн

Воздействие горного производства на водный бассейн проявляется в изменении водного режима, загрязнении и засорении вод. При строительстве и эксплуатации карьеров и разрезов производят осушение месторождения, в результате чего естественный режим подземных вод нарушается, запасы подземных вод сокращаются, а состояние и качество поверхностных вод существенно ухудшается. На значительной площади месторождения образуется депрессионная воронка, размеры которой зависят от геологических и гидрогеологических условий района месторождения и продолжительности его разработки.

Осушение месторождения приводит к резкому изменению естественного режима подземных и поверхностных вод. На поверхности земли нарушения состояния подземных и поверхностных вод проявляется в полном осушении заболоченных участков, уменьшением запасов вод в поверхностных водоемах и водотоках, осушении колодцев и неглубоких водозаборных скважин, исчезновении источников, небольших ручьев и речек. Откаченные воды по-

17

падают в систему дренажных канав, водосборников и коллекторов, загрязняются и приобретают свойства «карьерной воды», а затем загрязняют поверхностные воды. К числу загрязняющих веществ в водах, откачиваемых из угольных разрезов, по данным многих исследователей (Охрана природы ..., 1979; Певзнер, Костовецкий, 1990; Рациональное природопользование ..., 1995 и др.) относятся: взвешенные вещества, главным образом, угольная и породная пыль, частицы глины, хлористые соединения, общее железо, сульфаты, растворенные и взвешенные фенольные соединения, нефтепродукты. Карьерные воды могут содержать соли многих тяжелых металлов - меди, цинка, марганца, никеля, свинца, ртути и др. Попадая в поверхностные и подземные воды, загрязняющие вещества включаются в природный круговорот. При благоприятных условиях они накапливаются в почвах, донных отложениях, затем переходят в растительность, организмы животных, а через них и в человека.

Геохимические процессы, протекающие в водоемах и почвах в связи с разработкой месторождений полезных ископаемых, во многом сходны с природными процессами. Однако, если природные процессы протекают медленно, существенно не нарушая равновесия между геосистемами, не ухудшая сложившиеся экологические условия, то в результате антропогенной деятельности в связи с резким увеличением загрязняющих веществ это равновесие нарушается, и экологическая обстановка резко ухудшается. Вследствие переноса загрязняющих веществ на значительные расстояния локальное воздействие горных предприятий на природную среду перерастает в региональное.

Например, сброс сточных вод из разрабатываемых угольных месторождений Польши загрязняет бассейны рек Вислы и Одера на всем их протяжении (Певзнер, Костовецкий, 1990). Особенно велико влияние сброса карьерных вод горных предприятий на сток малых и средних рек, в результа-

Список литературы