Интегральная оценка и динамика загрязнения ландшафта в зоне воздействия железорудного предприятия
|
Введение 3
1. Обзор литературного материала 6
2. Краткая природная характеристика объекта исследования 9
2.1. Физико-географический очерк 9
2.1.1. Климат 9
2.1.2. Рельеф 9
2.1.3. Поверхностные воды 10
2.1.4. Промышленно-экономическая характеристика района 10
2.1.5. Растительность 11
2.1.6. Животный мир 11
2.1.7. Экологические проблемы в железорудном горном производстве 11
2.2. Геологическое описание района 14
2.2.1. Геологическое строение 14
2.2.2. Минералогическое описание руд 14
2.2.3. Геохимическое описание руд 15
2.2.4. Подземные воды 16
2.3. Почвы 18
3. Методики исследования объекта 20
3.1. Методики отбора и анализа проб в лаборатории 20
3.1.1. Методика отбора и анализа проб минерального (нижнего) горизонта почв 23
3.1.2. Методика отбора и анализа проб органогенного (верхнего) слоя горизонта почв 24
3.1.3. Методика отбора и анализа проб мхов 25
3.1.4. Методика отбора и анализа поверхностных вод 26
3.1.5. Методика отбора и анализа донных отложений водотоков 26
3.2. Методика математической обработки и картографического представления данных 27
3.2.1. Методика определения фоновых и аномальных значений концентраций 27
3.2.2. Расчёт коэффициента концентрации, коэффициента ПДК и мультипликативного коэффициента 29
3.2.3. Методика интегральной оценка загрязнения 31
3.2.4. Методика оценки пространственно-временной динамики уровня загрязнения органогенного горизонта почв 35
4. Результаты исследования 39
4.1. Результаты оценки загрязнения территории по коэффициенту концентрации 39
4.2. Результаты расчёт коэффициента радиальной миграции 46
4.3. Результаты факторного анализа 46
4.4. Результаты интегральной оценки загрязнения ландшафта 49
4.5. Результаты пространственно-временной динамики загрязнения в органогенном горизонте почв (О) 55
5. Обсуждение результатов исследования 59
5.1. Источники поступления поллютантов в аномальные зоны 59
5.2. Мероприятия по снижению экологических рисков для населения, рекомендованные предприятию 60
Заключение 62
Литература 63
Приложения 65
1. Обзор литературного материала 6
2. Краткая природная характеристика объекта исследования 9
2.1. Физико-географический очерк 9
2.1.1. Климат 9
2.1.2. Рельеф 9
2.1.3. Поверхностные воды 10
2.1.4. Промышленно-экономическая характеристика района 10
2.1.5. Растительность 11
2.1.6. Животный мир 11
2.1.7. Экологические проблемы в железорудном горном производстве 11
2.2. Геологическое описание района 14
2.2.1. Геологическое строение 14
2.2.2. Минералогическое описание руд 14
2.2.3. Геохимическое описание руд 15
2.2.4. Подземные воды 16
2.3. Почвы 18
3. Методики исследования объекта 20
3.1. Методики отбора и анализа проб в лаборатории 20
3.1.1. Методика отбора и анализа проб минерального (нижнего) горизонта почв 23
3.1.2. Методика отбора и анализа проб органогенного (верхнего) слоя горизонта почв 24
3.1.3. Методика отбора и анализа проб мхов 25
3.1.4. Методика отбора и анализа поверхностных вод 26
3.1.5. Методика отбора и анализа донных отложений водотоков 26
3.2. Методика математической обработки и картографического представления данных 27
3.2.1. Методика определения фоновых и аномальных значений концентраций 27
3.2.2. Расчёт коэффициента концентрации, коэффициента ПДК и мультипликативного коэффициента 29
3.2.3. Методика интегральной оценка загрязнения 31
3.2.4. Методика оценки пространственно-временной динамики уровня загрязнения органогенного горизонта почв 35
4. Результаты исследования 39
4.1. Результаты оценки загрязнения территории по коэффициенту концентрации 39
4.2. Результаты расчёт коэффициента радиальной миграции 46
4.3. Результаты факторного анализа 46
4.4. Результаты интегральной оценки загрязнения ландшафта 49
4.5. Результаты пространственно-временной динамики загрязнения в органогенном горизонте почв (О) 55
5. Обсуждение результатов исследования 59
5.1. Источники поступления поллютантов в аномальные зоны 59
5.2. Мероприятия по снижению экологических рисков для населения, рекомендованные предприятию 60
Заключение 62
Литература 63
Приложения 65
Накопление на территории РФ значительного по массе и объёму количества отходов требует исследования и научного обоснования влияния отходов на окружающую среду.
По данным департамента пресс-службы и информации Счётной палаты РФ общий объём отходов в России составляет порядка 90 млрд. тонн. Из них 91% или 81 млрд. тонн образован при добычи полезных ископаемых и ежегодно увеличивается на 4,5 млрд. тонн (http://www.interfax.ru/russia/357470). По оценкам автора на исследуемом предприятии за всё время его функционирования размещено около 500 млн. т. отходов. Расчет массы складируемых предприятием отходов произведен по общей формуле:
т = р *V = p*S*H, (1)
где
р - ориентировочная плотность горных пород, вмещающих руду;
S - площадь, занимаемая отходами;
Н - высота отвалов или средняя глубина озера-хвостохранилища (в зависимости от вида отхода).
Настоящие исследования проводились в районе техногенного воздействия железорудного предприятия на площади 230 км2, включая территории, примыкающие к карьерам, хвостохранилищу и горно-обогатительному комбинату (ГОК). Отходы железорудного производства содержат в себе экологически опасные для биоты и человека вещества (тяжёлые металлы и макроэлементы в повышенных концентрациях), через воздушную и водную среду распространяются по прилегающей к производству территории. Для контроля загрязнения территории требуется комплексная оценка параметров загрязнения.
Обычно комплексной оценкой служат индексы (показатели) загрязнения отдельных компонентов ландшафта (суммарный показатель загрязнения почв, индекс загрязнения атмосферы и другие) (Опекунов, Опекунова, 2014).
Основной целью работы является определение (тестирование) интегрального показателя загрязнения ландшафта и расчёт пространственно-временных тенденций изменения уровня загрязнения.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
• обзор литературных и фондовых источников;
• отбор и анализ в лаборатории проб с исследуемой нарушенной и фоновой территории;
• математическая обработка данных пробоотбора;
• эколого-геохимическая оценка состояния мхов, органического и минерального горизонта, поверхностных вод, донных осадков;
• создание картографических материалов;
Интегральный показатель загрязнения разработан на основе оптимизации процедуры сравнения содержания химических веществ в разных компонентах природно-территориальных комплексов (ПТК). Таким образом, он суммирует в себе информацию о загрязнении во всех компонентах ПТК. Показатель создан из-за необходимости унификации способов обработки результатов локального мониторинга, который в настоящее время, в определенной мере, интегрируется в сеть государственного мониторинга состояния окружающей среды (Опекунов, Опекунова, 2014).
Метод интегральной оценки на основе функции желательности Харрингтона, опробованный в настоящих исследованиях, является инновационным. Функция Харрингтона обладает свойствами непрерывности, монотонности и гладкости. Эти свойства необходимы для свертки разнородной информации. Проведя сравнительный анализ существующих методик комплексной оценки загрязнения, нужно отметить, что интегральная оценка на основе функции желательности отличается простотой: свёртка данных происходит в три этапа. В методике не применяется балльная система оценки, поэтому для расчёта интегрального показателя исследователи могут использовать то количество природных сред, которое позволяют ресурсы. При этом им не нужно волноваться об адаптации балльной шкалы к характеристике состояния ландшафта при изменении числа природных сред. Количество компонентов среды не является фиксированным.
Автор работы принимал непосредственное участие в отборе в соответствии с методиками проб наземных мхов, органического горизонта почв (О), минерального почвенного горизонта (BHF / BF / С). Отбор проб проводился в рамках работ по мониторингу окружающей среды в соответствии с «Программа мониторинга...». В качестве фоновой территории была выбрана особо охраняемая природная территория (заповедник), потому что она соответствует требованиям, предъявляемым к условно-фоновой территории для эколого-геохимических исследований:
1. Находится в региональной близости (на расстоянии 25-30 км) от исследуемого источника антропогенного воздействия, и при этом не попадает в зону прямого воздействия.
2. Имеет сходное геологическое строение. Дочетвертичные отложения представлены породами верхнеархейского возраста. Горные породы четвертичного возраста представлены валунно-галечной мореной и ледниково-озерными отложениями.
3. Имеет сходное геоморфологическое строение - всхолмленная равнина.
4. Характеризуется отсутствием геохимических аномалий в исследуемых природных средах, что подтверждается геохимическими и биоиндикационными исследованиями (Отчет по научно-исследовательской практике..., 2015).
Отбор проб проводился в рамках научно-исследовательской практики СПбГУ на станции интегрированного мониторинга Государственного заповедника. Химический анализ всех проб проводился в сертифицированных лабораториях.
На основании договора между автором и сотрудниками ГГУП «Минерал», данные о количественном составе проб, представляющие коммерческую тайну предприятия, и координаты местоположения объектов не подлежат публичной огласке. Географические названия объектов в тексте работы намеренно не упомянуты или заменены на «***».
В приложении 1 и 2 научным руководителем и рецензентом предоставлена экспертная оценка работы.
Если Вы заметили ошибку в работе, у Вас есть предложения, пожелания по улучшению, Вы хотите обсудить работу или проблематику исследования, пожалуйста, напишите автору на электронный адрес: napetre@mail.ru (Шайтанов Антон Владимирович).
По данным департамента пресс-службы и информации Счётной палаты РФ общий объём отходов в России составляет порядка 90 млрд. тонн. Из них 91% или 81 млрд. тонн образован при добычи полезных ископаемых и ежегодно увеличивается на 4,5 млрд. тонн (http://www.interfax.ru/russia/357470). По оценкам автора на исследуемом предприятии за всё время его функционирования размещено около 500 млн. т. отходов. Расчет массы складируемых предприятием отходов произведен по общей формуле:
т = р *V = p*S*H, (1)
где
р - ориентировочная плотность горных пород, вмещающих руду;
S - площадь, занимаемая отходами;
Н - высота отвалов или средняя глубина озера-хвостохранилища (в зависимости от вида отхода).
Настоящие исследования проводились в районе техногенного воздействия железорудного предприятия на площади 230 км2, включая территории, примыкающие к карьерам, хвостохранилищу и горно-обогатительному комбинату (ГОК). Отходы железорудного производства содержат в себе экологически опасные для биоты и человека вещества (тяжёлые металлы и макроэлементы в повышенных концентрациях), через воздушную и водную среду распространяются по прилегающей к производству территории. Для контроля загрязнения территории требуется комплексная оценка параметров загрязнения.
Обычно комплексной оценкой служат индексы (показатели) загрязнения отдельных компонентов ландшафта (суммарный показатель загрязнения почв, индекс загрязнения атмосферы и другие) (Опекунов, Опекунова, 2014).
Основной целью работы является определение (тестирование) интегрального показателя загрязнения ландшафта и расчёт пространственно-временных тенденций изменения уровня загрязнения.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
• обзор литературных и фондовых источников;
• отбор и анализ в лаборатории проб с исследуемой нарушенной и фоновой территории;
• математическая обработка данных пробоотбора;
• эколого-геохимическая оценка состояния мхов, органического и минерального горизонта, поверхностных вод, донных осадков;
• создание картографических материалов;
Интегральный показатель загрязнения разработан на основе оптимизации процедуры сравнения содержания химических веществ в разных компонентах природно-территориальных комплексов (ПТК). Таким образом, он суммирует в себе информацию о загрязнении во всех компонентах ПТК. Показатель создан из-за необходимости унификации способов обработки результатов локального мониторинга, который в настоящее время, в определенной мере, интегрируется в сеть государственного мониторинга состояния окружающей среды (Опекунов, Опекунова, 2014).
Метод интегральной оценки на основе функции желательности Харрингтона, опробованный в настоящих исследованиях, является инновационным. Функция Харрингтона обладает свойствами непрерывности, монотонности и гладкости. Эти свойства необходимы для свертки разнородной информации. Проведя сравнительный анализ существующих методик комплексной оценки загрязнения, нужно отметить, что интегральная оценка на основе функции желательности отличается простотой: свёртка данных происходит в три этапа. В методике не применяется балльная система оценки, поэтому для расчёта интегрального показателя исследователи могут использовать то количество природных сред, которое позволяют ресурсы. При этом им не нужно волноваться об адаптации балльной шкалы к характеристике состояния ландшафта при изменении числа природных сред. Количество компонентов среды не является фиксированным.
Автор работы принимал непосредственное участие в отборе в соответствии с методиками проб наземных мхов, органического горизонта почв (О), минерального почвенного горизонта (BHF / BF / С). Отбор проб проводился в рамках работ по мониторингу окружающей среды в соответствии с «Программа мониторинга...». В качестве фоновой территории была выбрана особо охраняемая природная территория (заповедник), потому что она соответствует требованиям, предъявляемым к условно-фоновой территории для эколого-геохимических исследований:
1. Находится в региональной близости (на расстоянии 25-30 км) от исследуемого источника антропогенного воздействия, и при этом не попадает в зону прямого воздействия.
2. Имеет сходное геологическое строение. Дочетвертичные отложения представлены породами верхнеархейского возраста. Горные породы четвертичного возраста представлены валунно-галечной мореной и ледниково-озерными отложениями.
3. Имеет сходное геоморфологическое строение - всхолмленная равнина.
4. Характеризуется отсутствием геохимических аномалий в исследуемых природных средах, что подтверждается геохимическими и биоиндикационными исследованиями (Отчет по научно-исследовательской практике..., 2015).
Отбор проб проводился в рамках научно-исследовательской практики СПбГУ на станции интегрированного мониторинга Государственного заповедника. Химический анализ всех проб проводился в сертифицированных лабораториях.
На основании договора между автором и сотрудниками ГГУП «Минерал», данные о количественном составе проб, представляющие коммерческую тайну предприятия, и координаты местоположения объектов не подлежат публичной огласке. Географические названия объектов в тексте работы намеренно не упомянуты или заменены на «***».
В приложении 1 и 2 научным руководителем и рецензентом предоставлена экспертная оценка работы.
Если Вы заметили ошибку в работе, у Вас есть предложения, пожелания по улучшению, Вы хотите обсудить работу или проблематику исследования, пожалуйста, напишите автору на электронный адрес: napetre@mail.ru (Шайтанов Антон Владимирович).
В ходе проделанной исследовательской работы была выполнена полиэлементная эколого-геохимическая, интегральная и пространственно-временная оценка загрязнения территорий, прилегающих к железорудному предприятию.
Решение поставленных задач дало следующие результаты:
1. По итогам математической обработки данных и анализа цифровых моделей картографических материалов выделены «фоновая» и аномальные территории, а также выявлены основные элементы-загрязнители: As, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn и Fe. Территория подвержена техногенному воздействию в радиусе 2-4 км от производственных объектов.
2. По средствам факторного анализа оценен вклад каждого источника в образование аномальных зон. Выяснено, что 70% загрязнения обусловлено отходами производства, 30% - выбросами ГОКа. Для каждой из аномальных зон выявлены типичные элементы-загрязнители и рассчитаны коэффициенты радиальной миграции.
3. Описаны механизмы поступления поллютантов в аномальные зоны: через озерно-речную сеть и воздушным путём.
4. Расчёт интегрального показателя и его сравнение с оценками коэффициентов концентрации выявили сильные стороны методики интегральной оценки и определили пути дальнейшего развития методики.
5. Прогноз загрязнения до 2030 года выявил тенденцию к восстановлению экосистем.
В работе представлена характеристика (описание) категорий загрязнения ландшафта по интегральному показателю.
Полученные результаты могут быть использованы для организации регулярного мониторинга территорий с повышенной техногенной нагрузкой.
Решение поставленных задач дало следующие результаты:
1. По итогам математической обработки данных и анализа цифровых моделей картографических материалов выделены «фоновая» и аномальные территории, а также выявлены основные элементы-загрязнители: As, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn и Fe. Территория подвержена техногенному воздействию в радиусе 2-4 км от производственных объектов.
2. По средствам факторного анализа оценен вклад каждого источника в образование аномальных зон. Выяснено, что 70% загрязнения обусловлено отходами производства, 30% - выбросами ГОКа. Для каждой из аномальных зон выявлены типичные элементы-загрязнители и рассчитаны коэффициенты радиальной миграции.
3. Описаны механизмы поступления поллютантов в аномальные зоны: через озерно-речную сеть и воздушным путём.
4. Расчёт интегрального показателя и его сравнение с оценками коэффициентов концентрации выявили сильные стороны методики интегральной оценки и определили пути дальнейшего развития методики.
5. Прогноз загрязнения до 2030 года выявил тенденцию к восстановлению экосистем.
В работе представлена характеристика (описание) категорий загрязнения ландшафта по интегральному показателю.
Полученные результаты могут быть использованы для организации регулярного мониторинга территорий с повышенной техногенной нагрузкой.
Подобные работы
- Интегральная оценка и динамика загрязнения ландшафта в зоне воздействия железорудного предприятия
Магистерская диссертация, геология и минералогия. Язык работы: Русский. Цена: 4955 р. Год сдачи: 2016