| Короткий зміст: | У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначені об'єкт, предмет, мета та завдання дослідження, наукова новизна, а також практичне значення роботи.
У першому розділі проаналізовано основні літературні джерела, у яких розглянуто підходи стосовно вирішення проблеми запобігання забрудненню поверхневих вод, охарактеризована сучасна нормативно-правова база з цього питання, доведена необхідність розробки геоекологічних основ зниження впливу техногенезу на стан компонентів довкілля (Боков, Лущик, 1998; Горяінов, 2002; Горєв, Дорогунцов, Хвесик, 1997; Кузін, 1980, 1996; Матлак, 2001; Сніжко, 2000, 2001; Яцик, 1997 та ін).
Спряжена система “шахта (техногенний ландшафт) – техноакваланд-шафт – природний акваландшафт” у роботі прийнята як природно-техногенна система, де режим підсистем – як природної, так і техногенної – визначається матеріально-енергетичними та інформаційними прямими й зворотними зв’язками (Колєсніков, Моторіна, 1976; Мільков, 1978; Федотов, 1985).
Серед техногенних підсистем у вугледобувних регіонах у більшості випадків виділяють такі різновиди, як кар’єрно-відвальні, шахтні просадково-териконні, дражно-відвальні, торф’яно-кар’єрні та екстрактивні ландшафти (Федотов, 1972). Поза увагою залишаються техноакваландшафти, прикладом яких є ставки-накопичувачі зворотних вод та інші антропогенно-природні утворення.
У роботі наведено поняття техноакваландшафту. Техноакваландшафт визначено як аквальну систему, яка складається із взаємодіючих природних, техногенних та антропогенних компонентів, структура і функції якої обумовлені процесом техногенезу.
Оптимізація екологічно безпечного функціонування природно-техногенної системи, що досліджується, можлива шляхом розробки методу регулювання негативного впливу техноакваландшафту на природні аквальні ландшафти. Незважаючи на те, що останнім часом проблеми трансформації компонентів природного середовища у зв'язку з відведенням високомінералізованих вод шахт є предметом пильної уваги науковців, дослідження у цьому напрямку мають на жаль поки що спорадичний характер. Вищезазначене підтверджує актуальність обраної теми.
У другому розділі наведена оцінка впливу вуглевидобутку на утворення та функціонування техноакваландшафтів, проаналізовано основні напрямки зниження їх негативного впливу на природні акваландшафти.
Видобуток вугілля як підземним, так і відкритим способом за існуючих методів ведення гірничих робіт не може проводитись без відкачки шахтних і кар'єрних вод на поверхню. З’ясовано, що максимальні водопритоки в гірничі виробки відповідають початковому етапу експлуатації шахти і забезпечуються за рахунок динамічних запасів підземних вод. У результаті обмеженості динамічних запасів при невисоких фільтраційних характеристиках водоносних горизонтів притоки води стабілізуються і набувають тенденції поступового зниження.
Хімічний склад шахтних вод формується під впливом природних процесів, що відбуваються в масиві гірських порід, у підземних водоносних горизонтах, в результаті контакту підземних вод з вугіллям, вугільним і породним пилом, що зумовлює їх високу мінералізацію. Виявлено, що водоприток і мінералізація шахтних вод знаходиться в зворотній залежності: зі збільшенням витрат солевміст шахтних вод зменшується і стабілізується на значенні, що зрівноважене з хімічним складом навколишнього геологічного середовища. За максимальними значеннями мінералізація зворотних вод шахт Західного Донбасу коливається в межах від 24,31 до 47,01 г/л.
Типовим прикладом техноакваландшафтів є ставки-накопичувачі. У Західному Донбасі досліджено три таких ставки (техноакваландшафти) – балки (б.) Косьмінна, Таранова та Свидовок. Виявлено, що найбільшою мінералізацією зворотних вод – 8,8 г/л характеризується техноакваландшафт б. Свидовок, для техноакваландшафтів б. Косьмінна і б. Таранова цей показник складає відповідно 3,09 та 4,08 г/л. У своїй більшості сольовий склад води техноакваландшафтів представлено хлоридами, вміст яких коливається від 1,61 г/л (б. Косьмінна) до 2,5 г/л (б. Свидовок) і складає 52% від загальної мінералізації.
На підставі балансового методу виконано аналіз ефективності існуючих геотехнологій з охорони природних акваландшафтів від забруднення мінеральними солями вод техноакваландшафтів (протифільтраційні завіси, диференційований водовідлив, підземне захоронення). Використання вищезазначених геотехнологічних схем охорони поверхневих вод як складової географічного середовища, їх інтегрування не дозволяє запобігти підвищенню мінералізації води в річці внаслідок функціонування техноакваландшафтів. Виявлено, що схема випуску, яка складається з організації протифільтраційних завіс із захороненням вод у глибокі водоносні горизонти, дозволяє зменшити на 0,7-1,0 вплив скидання в об’ємі 17 млн. м3/рік вод техноакваландшафту. Однак підвищення ефективності роботи протифільтраційних завіс (при виборі цієї схеми якості основної) буде сприяти зниженню в шахти й одночасному підвищенню мінералізації води, що виходить за межі техноакваландшафтів. З огляду впливу на природні водні об’єкти наведена схема подібна до схеми, яка об’єднує захоронення та диференційований водовідлив шахтних вод, що приведе до підвищення мінералізації річкових вод в межах 3,8-4,2 г/л.
Проведений аналіз галузевих праць та експериментальних звітів дозволив систематизувати уявлення про техноакваландшафт, довести, що на сучасному рівні розвитку цивілізації він є неминучим елементом довкілля. Визначено, що на сьогодні актуальним є вирішення завдання мінімізації впливу цього антропогенно-природного утворення на якість води природного акваландшафту шляхом його регулювання.
У третьому розділі зроблено оцінку геоекологічного стану природного акваландшафту басейну р. Самари. Відповідно до фізико-географічного районування України басейн ріки Самара знаходиться в межах степової області Придніпровської лівобережної низовини. У роботі наведені особливості рельєфу (Попов, Маринич, Ланько, 1968), дана характеристика кліматичних умов району досліджень (Пасічний, Зеленська, 1991). Проаналізовано особливості гідрологічного та гідрохімічного режимів річок басейну Самари, що контролюються десятьма гідрологічними постами (г/п) Гідрометеослужби, розташованими на території, що досліджується. Зведення коротких рядів даних до більш тривалого періоду виконувалось шляхом виявлення кореляційних зв'язків і регресійних залежностей між значеннями гідрологічних характеристик короткого й опорного рядів. Розглянуто екстраполяцію гідрологічних даних на прикладі зведення короткого ряду значень витрат по г/п с. Самарське (дані до 1975 року) до більш тривалого періоду на підставі даних по г/п с. Коханівка, спостереження на якому проводяться дотепер.
Річний хід річкового стоку річок басейну р. Самари характеризується весняною повінню і низькою літньою меженню. За період спостережень (1957-2000 р.) по гідропостам, що аналізувались, виявлена тенденція підвищення рівня. Внутрішньорічний розподіл стоку графічно відображено шляхом компонування даних для років різної забезпеченості. Визначено, що весняний стік складає 70% від річного. Доведено, що певну роль при цьому відіграють залпові випуски шахтних та кар'єрних вод.
Шляхом ретроспективного аналізу даних багаторічних спостережень гідрохімічного режиму р. Самари виявлено, що під впливом техноакваландшафтів у сольовому режимі природних акваландшафтів відбулись найбільш істотні зміни в початковий період скидання. Значна трансформація сольового складу води акваландшафтів р. Самари відбулась на початку шістдесятих років під впливом шахтного водовідливу і породних відвалів. Середньорічна мінералізація води водостоку в період до 1990 р. збільшилась у 1,3 рази (2,35 г/л) у порівнянні з 1966 р., коли вона складала 1,83 г/л. У наступне десятиріччя зберігалась тенденція до її зростання, але більш повільного. Аналіз динаміки гідрохімічних характеристик у період 1990- 2002 рр. показав, що за 12-річний період не відбулося істотних кількісних і якісних змін у сольовому складі води акваландшафтів р. Самари: усереднені значення мінералізації і жорсткості становлять відповідно: у 1990 р. – 2788,2 мг/л та 22,9 мг-екв/л, у 2002 р. – 2485,5 мг/л та 22,0 мг-екв/л.
Виявлено, що іонний склад води природних акваландшафтів знаходиться в динамічній залежності від внутрішньорічного розподілу величин витрат, що є підґрунтям оптимізації впливу техноакваландшафту.
Для виявлення зони максимально безпечного впливу з метою регулювання скидання мінералізованих вод виконана комплексна оцінка стану аквальних ландшафтів басейну р. Самари, що полягає у визначенні кількісних показників геоекологічних факторів. Підсумок комплексної геоекологічної оцінки – виявлення зони дії фактора, у якій усі ланки природного акваландшафту, у тому числі і гідробіоценози, здатні функціонувати, давати продукцію, здійснювати обмін речовиною і якісно не змінюватись. Поза цією зоною в геосистемах відбуваються значні зміни не тільки в процесі їх функціонування, але й у структурі, що є передумовою виникнення якісно нової спрощеної природної системи з іншими структурно-функціональними особливостями.
Обрані двадцять п’ять факторів з 63-х оцінювалися відповідними балами. У процесі бальної оцінки факторів встановлювалося їх значення (важливість) з урахуванням ступеню необхідності кожного і характеру його впливу на середовище, що оцінювалось. Оцінку якості водного середовища здійснювали шляхом ранжування факторів методом часткового парного порівняння (Ю.П.Бобильов, В.І.Пахомов). Сутність методу – утворення комбінації пар факторів, що були занесені в таблицю трикутника Фуллера. У процесі експертної оцінки порівнювались усі пари факторів і визначався у кожній парі найбільш важливий. Ранжування факторів здійснювалось шляхом визначення послідовності факторів за їх загальною підсумковою повторюваністю від найбільшого значення до найменшого, що дозволило одержати ряд значущості факторів за їх впливом на географічну оболонку.
Результати оцінки факторів показали, що мінералізація води виступає провідним параметром, що визначає структуру й особливості функціонування всіх основних компонентів акваландшафтів р. Самари і, перш за все, її живої складової.
Шляхом проведеного аналізу змін, що відбулися в стані окремих біотичних компонентів-індикаторів (чисельність фітопланктону, біомаса фітопланктону, чисельність зоопланктону, біомаса зоопланктону, видове різноманіття бентосу, біомаса бентосу, видове різноманіття риб) акваландшафтів р. Самари протягом 1990-2002 р., розроблена критеріальна шкала сольового навантаження (рис. 1). Виявлено, що мінералізація води річкових ландшафтів у діапазоні від 2,7 до 3,0 г/л є зоною ризику, що здатна спровокувати небезпечні перетворення їх живої складової. Доведено, що істотних змін при мінералізації 2,6 г/л не виникає, а природна система лише переходить у неврівноважений стан. |
