Комплексная геоэкологическая оценка территории бывшей угледобычи г. Кизела
|
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика территории 6
1.1 Климатическая характеристика территории 7
1.2 Геологическая характеристика территории 8
1.3 Гидрологическая характеристика территории 10
1.4. Характеристика почвенного покрова 11
1.5. Растительность и животный мир исследуемой территории 15
1.6 Экологические проблемы на территории Кизеловского ГО 16
Глава 2. Методика исследований 18
2.1. Полевой этап 18
2.2 Лабораторные исследования 21
2.3. Камеральный этап 22
Глава 3. Результаты исследования 25
3.1.Оценка состояния атмосферного воздуха 25
3.2. Оценка состояния природных вод 26
3.3. Оценка состояния почвенного покрова 32
3.4. Оценка измененности рельефа территории 39
3.5. Оценка степени зарастания терриконов 41
Заключение 46
Список литературы 48
ПРИЛОЖЕНИЯ 51
Глава 1. Краткая физико-географическая характеристика территории 6
1.1 Климатическая характеристика территории 7
1.2 Геологическая характеристика территории 8
1.3 Гидрологическая характеристика территории 10
1.4. Характеристика почвенного покрова 11
1.5. Растительность и животный мир исследуемой территории 15
1.6 Экологические проблемы на территории Кизеловского ГО 16
Глава 2. Методика исследований 18
2.1. Полевой этап 18
2.2 Лабораторные исследования 21
2.3. Камеральный этап 22
Глава 3. Результаты исследования 25
3.1.Оценка состояния атмосферного воздуха 25
3.2. Оценка состояния природных вод 26
3.3. Оценка состояния почвенного покрова 32
3.4. Оценка измененности рельефа территории 39
3.5. Оценка степени зарастания терриконов 41
Заключение 46
Список литературы 48
ПРИЛОЖЕНИЯ 51
Актуальность: Горнодобывающие работы оказывают негативное влияние на окружающую среду. При добыче полезных ископаемых территория подвергается ландшафтно-деструктивному, химическому и параметрическому воздействиям. После прекращения периода эксплуатации месторождения последствия от добычи могут наблюдаться длительное время.
В Кизеловском городском округе добыча каменного угля производилась с 1797 по 2000 гг. и достигла максимального уровня в 1959 году - 12 млн. тонн в год. Окончательно добыча угля была прекращена в 2000 году (Корнилков и др., 2000). В настоящее время на территории Кизеловского угольного бассейна наблюдаются неблагоприятные экологические последствия, вызванные длительной эксплуатацией месторождений. К таким последствиям можно отнести изливы шахтных вод, отчуждение территории под терриконы, стоки атмосферных осадков с терриконов и дефляция терриконов. В результате наблюдается воздействие на окружающую среду.
Проведение комплексной геоэкологической оценки территории городского округа «Город Кизел» (далее ГО Кизел) поможет выявить слабые места в экологической ситуации на территории и разработать рекомендации по ее улучшению в будущем. На основе оценки может быть проведена работа по разработке мер для устранения проблем, связанных с последствиями добычи угля. Основное внимание должно быть обращено на природные компоненты, которые наиболее подверглись изменению.
Объект исследования: компоненты природной среды на территории бывшей угледобычи ГО Кизел.
Предмет исследования: состояние компонентов окружающей среды - атмосферного воздуха, природных вод, почвенного покрова вблизи террикона шахты и растительности терриконов Кизеловского городского округа.
Цель исследования: составление комплексной геоэкологической оценки территории бывшей угледобычи Кизеловского городского округа.
Задачи работы:
1) изучить физико-географические характеристики исследуемой территории;
2) выявить основные экологические проблемы, возникшие с закрытием шахт на территории Кизеловского городского округа;
3) провести полевое и камеральное исследование;
4) изучить данные о состоянии атмосферного воздуха на территории Кизеловского ГО;
5) проанализировать химический состав природных вод на исследуемой территории;
6) проанализировать химический состав почвенного покрова на исследуемой территории;
7) оценить степень отчужденности территории под терриконы;
8) провести дешифрирование космоснимков территории, с целью выявления площади степени их самозарастания.
Новизна данных исследований заключается в изучении состояния атмосферного воздуха, природных вод и почвенного покрова, а также оценка степени отчуждения территории под терриконы и степени зарастания терриконов на территории бывшей угледобычи Кизеловского городского округа.
Практическая значимость: полученные результаты могут иметь значимость при разработке мероприятий по борьбе с загрязнением окружающей среды в районе с ликвидированными угольными месторождениями. Результаты могут быть использованы для принятия управленческих решений и разработки природоохранных мероприятий по снижению негативных последствий угледобычи.
Методы исследования. В дипломной работе для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования: полевой метод (отбор проб почв и природных вод), измерение содержания химических элементов в пробах, дешифрирование данных дистанционного зондирования территории, картографирование и описательная статистика.
Химический анализ проб воды и почв проводился в ресурсном центре СПбГУ «Методы анализа химического состава вещества», методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, к.г.н. О.В. Сенькину, коллективу кафедры геоэкологии СПбГУ и коллективу ресурсного центра СПбГУ «Методы анализа химического состава вещества».
Краткий литературный обзор.
Значительный вклад в изучение территории Кизеловского угольного бассейна внесли труды Н. Г. Максимовича, заместителя директора по научно-исследовательской работе Естественнонаучного института ПГНИУ. В число работ Н.Г. Максимовича входят «Использование геохимических барьеров для очистки изливов кислых вод Кизеловского угольного бассейна» (2011), «Геохимия угольных месторождений» (1997) и др.
Вопросы экологических последствий ликвидации Кизеловского угольного бассейна и влияние этого процесса на химический состав речных вод освещены в работах Н.Г.
Максимовича и О. А. Березиной (2018). Экологические последствия ликвидации Кизеловского угольного бассейна также освещены в работе Н.Г. Максимовича и соавторов Н.В. Черемных и Е.А. Хайрулиной (2006)...
В Кизеловском городском округе добыча каменного угля производилась с 1797 по 2000 гг. и достигла максимального уровня в 1959 году - 12 млн. тонн в год. Окончательно добыча угля была прекращена в 2000 году (Корнилков и др., 2000). В настоящее время на территории Кизеловского угольного бассейна наблюдаются неблагоприятные экологические последствия, вызванные длительной эксплуатацией месторождений. К таким последствиям можно отнести изливы шахтных вод, отчуждение территории под терриконы, стоки атмосферных осадков с терриконов и дефляция терриконов. В результате наблюдается воздействие на окружающую среду.
Проведение комплексной геоэкологической оценки территории городского округа «Город Кизел» (далее ГО Кизел) поможет выявить слабые места в экологической ситуации на территории и разработать рекомендации по ее улучшению в будущем. На основе оценки может быть проведена работа по разработке мер для устранения проблем, связанных с последствиями добычи угля. Основное внимание должно быть обращено на природные компоненты, которые наиболее подверглись изменению.
Объект исследования: компоненты природной среды на территории бывшей угледобычи ГО Кизел.
Предмет исследования: состояние компонентов окружающей среды - атмосферного воздуха, природных вод, почвенного покрова вблизи террикона шахты и растительности терриконов Кизеловского городского округа.
Цель исследования: составление комплексной геоэкологической оценки территории бывшей угледобычи Кизеловского городского округа.
Задачи работы:
1) изучить физико-географические характеристики исследуемой территории;
2) выявить основные экологические проблемы, возникшие с закрытием шахт на территории Кизеловского городского округа;
3) провести полевое и камеральное исследование;
4) изучить данные о состоянии атмосферного воздуха на территории Кизеловского ГО;
5) проанализировать химический состав природных вод на исследуемой территории;
6) проанализировать химический состав почвенного покрова на исследуемой территории;
7) оценить степень отчужденности территории под терриконы;
8) провести дешифрирование космоснимков территории, с целью выявления площади степени их самозарастания.
Новизна данных исследований заключается в изучении состояния атмосферного воздуха, природных вод и почвенного покрова, а также оценка степени отчуждения территории под терриконы и степени зарастания терриконов на территории бывшей угледобычи Кизеловского городского округа.
Практическая значимость: полученные результаты могут иметь значимость при разработке мероприятий по борьбе с загрязнением окружающей среды в районе с ликвидированными угольными месторождениями. Результаты могут быть использованы для принятия управленческих решений и разработки природоохранных мероприятий по снижению негативных последствий угледобычи.
Методы исследования. В дипломной работе для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования: полевой метод (отбор проб почв и природных вод), измерение содержания химических элементов в пробах, дешифрирование данных дистанционного зондирования территории, картографирование и описательная статистика.
Химический анализ проб воды и почв проводился в ресурсном центре СПбГУ «Методы анализа химического состава вещества», методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, к.г.н. О.В. Сенькину, коллективу кафедры геоэкологии СПбГУ и коллективу ресурсного центра СПбГУ «Методы анализа химического состава вещества».
Краткий литературный обзор.
Значительный вклад в изучение территории Кизеловского угольного бассейна внесли труды Н. Г. Максимовича, заместителя директора по научно-исследовательской работе Естественнонаучного института ПГНИУ. В число работ Н.Г. Максимовича входят «Использование геохимических барьеров для очистки изливов кислых вод Кизеловского угольного бассейна» (2011), «Геохимия угольных месторождений» (1997) и др.
Вопросы экологических последствий ликвидации Кизеловского угольного бассейна и влияние этого процесса на химический состав речных вод освещены в работах Н.Г.
Максимовича и О. А. Березиной (2018). Экологические последствия ликвидации Кизеловского угольного бассейна также освещены в работе Н.Г. Максимовича и соавторов Н.В. Черемных и Е.А. Хайрулиной (2006)...
1. Основными экологическими проблемами, связанными с прекращением добычи каменного угля на территории Кизеловского городского округа «Город Кизел», можно назвать изливы шахтных вод, отчуждение территории под терриконы, а также стоки атмосферных осадков с терриконов, которые далее загрязняют природные воды и почвенный покров.
2. По результатам наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в период с января по июль 2015 года на территории Кизеловского городского округа не было выявлено превышений ПДКм.р. веществ CO, NO, NO2, NH3, SO2, HCH, CH4, толуол, ксилолы, эбензол, стирол, взвешенные вещества. Исключение - бензол 0,04 мг/м3 при ПДК м.р. 0,03 мг/м3, что говорит о минимальном влиянии на атмосферный воздух не только дефляции с терриконов, но и промышленной деятельности.
3. По данным исследования природных вод, наибольшее содержание Mn, Al, Fe были обнаружены в пробах р. Кизел. Содержание марганца, алюминия и железа в данном водотоке превышают ПДК в 25, 9 и 430 раз соответственно. Также для этого водотока характерен пониженный показатель pH (6,2) и повышенная минерализация (до 552 мг/дм3), в сравнении с другими водотоками территории. Концентрация железа превышали ПДК во всех отобранных пробах. Данные результаты подтверждают воздействие изливов кислых шахтных вод на водотоки Кизеловского городского округа, в особенности на р. Кизел.
4. По результатам исследования почвенного покрова вблизи шахты «№33 капитальная» при сравнении среднего содержания подвижных форм тяжелых металлов с содержанием их в фоновой пробе было выявлено превышение Ba в 10 раз, Cr в 13 раз, Cu в 8 раз, Fe в 12 раз, Mn в 14 раз, Ni в 6 раз, Z в 3,5 раза. Уровень pH уменьшаются при движении от отдаленных территорий к телу террикона. Это свидетельствует о том, что на исследуемой территории существует влияние стока атмосферных осадков с терриконов, наличие дефляции террикона.
5. При сравнении концентрации подвижных форм тяжелых металлов в почвенных разрезах на фоновом участке и участке, где ранее был рекультивирован террикон, было выявлено наибольшая концентрация подвижных форм тяжелых металлов (Fe, Cu, Cr, Ni, Zn) на глубине 35-47 см (горизонт В) в разрезе №1 и наибольшее содержание подвижных форм тяжелых металлов на глубине 20-35 см в разрезе №2 (горизонт BF). Это связано с насыпным материалом в почвенном разрезе №2 и миграцией тяжелых металлов в нижние почвенные горизонты.
6. На территории Кизеловского городского округа расположены 12 терриконов,
занимающие 0,4 % от всей площади. Это является незначительным отчуждением
территории под складирование пустой породы, относительно всей площади ГО Кизел. В основном это достигается за счет того, что большая часть территории - лесные массивы.
7. Площадь зарастания террикона шахты «№33 Капитальная» составляет 46%, из них 25,1% - травяно-кустарничковый ярус, 20,9% - древесная растительность. Площадь зарастания террикона шахты «Центральная» составляет 16,8%, из них 11%- травяно-кустарничковый ярус, 5,8% - древесная растительность. Площадь зарастания террикона шахты им. Ленина составляет - 35%, из которых 19,2 % - древесная растительность, 15,5 % - травяно-кустарничковый ярус. Разница между зарастанием терриконов объясняется разницей в уклонах и экспозициях склонов терриконов.
8. В период с 2000 по 2021 год средние значения индекса фотосинтетической активности (NDVI) по исследуемым площадкам имели положительный тренд. Для террикона №1 - № 33 Капитальная - с 0,12 до 0,19. Для террикона шахты «Центральная» этот рост составил с 0,02 до 0,14. Для шахты им. Ленина значение NDVI в 2000 году - 0,23, в 2016 - 0,31. Относительно значений NDVI для фоновой территории (от 0,7 до 0,8) эти показатели являются низкими. Также наблюдается уменьшение роста значения NDVI с 2016 года для террикона шахты №33 Капитальная в связи с эрозионными процессами.
2. По результатам наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в период с января по июль 2015 года на территории Кизеловского городского округа не было выявлено превышений ПДКм.р. веществ CO, NO, NO2, NH3, SO2, HCH, CH4, толуол, ксилолы, эбензол, стирол, взвешенные вещества. Исключение - бензол 0,04 мг/м3 при ПДК м.р. 0,03 мг/м3, что говорит о минимальном влиянии на атмосферный воздух не только дефляции с терриконов, но и промышленной деятельности.
3. По данным исследования природных вод, наибольшее содержание Mn, Al, Fe были обнаружены в пробах р. Кизел. Содержание марганца, алюминия и железа в данном водотоке превышают ПДК в 25, 9 и 430 раз соответственно. Также для этого водотока характерен пониженный показатель pH (6,2) и повышенная минерализация (до 552 мг/дм3), в сравнении с другими водотоками территории. Концентрация железа превышали ПДК во всех отобранных пробах. Данные результаты подтверждают воздействие изливов кислых шахтных вод на водотоки Кизеловского городского округа, в особенности на р. Кизел.
4. По результатам исследования почвенного покрова вблизи шахты «№33 капитальная» при сравнении среднего содержания подвижных форм тяжелых металлов с содержанием их в фоновой пробе было выявлено превышение Ba в 10 раз, Cr в 13 раз, Cu в 8 раз, Fe в 12 раз, Mn в 14 раз, Ni в 6 раз, Z в 3,5 раза. Уровень pH уменьшаются при движении от отдаленных территорий к телу террикона. Это свидетельствует о том, что на исследуемой территории существует влияние стока атмосферных осадков с терриконов, наличие дефляции террикона.
5. При сравнении концентрации подвижных форм тяжелых металлов в почвенных разрезах на фоновом участке и участке, где ранее был рекультивирован террикон, было выявлено наибольшая концентрация подвижных форм тяжелых металлов (Fe, Cu, Cr, Ni, Zn) на глубине 35-47 см (горизонт В) в разрезе №1 и наибольшее содержание подвижных форм тяжелых металлов на глубине 20-35 см в разрезе №2 (горизонт BF). Это связано с насыпным материалом в почвенном разрезе №2 и миграцией тяжелых металлов в нижние почвенные горизонты.
6. На территории Кизеловского городского округа расположены 12 терриконов,
занимающие 0,4 % от всей площади. Это является незначительным отчуждением
территории под складирование пустой породы, относительно всей площади ГО Кизел. В основном это достигается за счет того, что большая часть территории - лесные массивы.
7. Площадь зарастания террикона шахты «№33 Капитальная» составляет 46%, из них 25,1% - травяно-кустарничковый ярус, 20,9% - древесная растительность. Площадь зарастания террикона шахты «Центральная» составляет 16,8%, из них 11%- травяно-кустарничковый ярус, 5,8% - древесная растительность. Площадь зарастания террикона шахты им. Ленина составляет - 35%, из которых 19,2 % - древесная растительность, 15,5 % - травяно-кустарничковый ярус. Разница между зарастанием терриконов объясняется разницей в уклонах и экспозициях склонов терриконов.
8. В период с 2000 по 2021 год средние значения индекса фотосинтетической активности (NDVI) по исследуемым площадкам имели положительный тренд. Для террикона №1 - № 33 Капитальная - с 0,12 до 0,19. Для террикона шахты «Центральная» этот рост составил с 0,02 до 0,14. Для шахты им. Ленина значение NDVI в 2000 году - 0,23, в 2016 - 0,31. Относительно значений NDVI для фоновой территории (от 0,7 до 0,8) эти показатели являются низкими. Также наблюдается уменьшение роста значения NDVI с 2016 года для террикона шахты №33 Капитальная в связи с эрозионными процессами.
