Геоэкологическая оценка современного состояния открытых горных выработок Волгоградской области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат наук Хаванская, Наталья Михайловна
Хаванская, Наталья Михайловна
кандидат наук
2012
- Специальность ВАК РФ25.00.36
- Количество страниц 186
Оглавление диссертации кандидат наук Хаванская, Наталья Михайловна
Общая характеристика работы ..........................................................3
Глава 1. Иеторико-методологические аспекты изучения карьерно-отвальных комплексов......................................................................7
1.1. История изучения воздействия горнодобывающей промышленности нерудных строительных материалов на природную среду....................................7
1.2. Методы исследования..................................................................13
1.3. Методика оценки устойчивости геосистем к горнотехническому воздейст вию..............................................................................................25
1.4. Методика оценки геоэкологической ситуации в местах добычи минерально
строительного сырья........................................................................33
Глава 2. Влияние природно-ресурсного потенциала Волгоградской области на формирование нерудных геогорнотехнических систем.....................41
2.1. Геолого-геоморфологические условия..............................................41
2.2. Гидрогеологические условия..........................................................45
2.3. Ресурсы нерудных строительных материалов.....................................46
2.4. Климатические условия................................................................57
Глава 3. Воздействие открытой добычи нерудных строительных материалов на природные комплексы Волгоградской области...........................59
3.1. Структура и функционирование геогорнотехнических систем...............59
3.2. Развитие горнопромышленных ландшафтов.......................................71
Глава 4. Геоэкологическая оценка горнопромышленных ареалов Волгоградской области.....................................................................................................81
4.1. Оценка устойчивости геосистем горнопромышленных ареалов к горнотехническому воздействию....................................................................82
4.2. Оценка геоэкологической ситуации в местах добычи нерудных строительных материалов..............................................................................101
4.3. Состояние рекультивации нарушенных открытыми горными выработками
земель в Волгоградской области.........................................................155
Заключение..................................................................................169
Список литературы........................................................................173
Общая характеристика работы Актуальность исследования. Ежегодно из недр России извлекаются миллионы тонн горных пород. С учетом геологических условий и экономических выгод значительная часть сырья добывается открытым способом, это относится к энергетическим ресурсам, рудным и нерудным полезным ископаемым. В процессе разработки карьеров разрушается самый устойчивый компонент природы - литогенная основа, которая представляет арену для геолого-геохимических процессов. В результате деятельности человека трансформируются гидрогеологические условия и уничтожаются наиболее пластичные компоненты природы - почва и растительный покров. Следовательно, открытая добыча полезных ископаемых оказывает комплексное негативное воздействие на природную среду, которое в современных условиях роста промышленного производства будет только усиливаться.
В отечественной географической науке наиболее детально разработана теоретическая и методологическая база в изучении карьерно-отвальных комплексов образующихся при добыче железной руды (В.И. Федотов, 1985,1990; К.-А.К. Вайтекунас, 1989; P.A. Попков, 2008; Е.Б. Яницкий, 2009; А.Н. Петин, 2010;) и угля (JI.B. Моторина, 1975). Гораздо менее изучены карьеры по добыче нерудных строительных материалов.
Волгоградская область занимает площадь 112,9 тыс. км2, что делает ее самым крупным субъектом в Южном Федеральном округе (ЮФО). Область богата разнообразным минерально-строительным сырьем, имея более 150 месторождений (включая распределенный и нераспределенный фонд недр). Начало периода интенсивных открытых разработок приходится на конец 1940-х - начало 1950-х гг., именно тогда был введен в эксплуатацию Себряковский карьер по добыче цементного сырья, который в настоящее время является самым крупным по своей специализации не только в ЮФО, но и в России. На протяжении последних 20 лет ежегодно разрабатываются 40-50 месторождений нерудных полезных ископаемых. Всего же площадь отчужденных под карьерные разработки земель составляет около 4400 га. Перечисленные условия позволя-
ют рассматривать Волгоградскую область как модельный регион изучения особенностей карьерно-отвальных комплексов, образующихся при разработке нерудных месторождений (минерально-строительных).
Объектом исследования являются карьерно-отвальные комплексы по добыче нерудных строительных материалов в пределах Волгоградской области.
Предметом исследования - особенности геоэкологического состояния нерудных карьерно-отвальных комплексов.
Главной целью исследования является геоэкологическая оценка состояния геосистем, находящихся в зоне воздействия геогорнотехнических систем по добыче минерально-строительного сырья.
Для достижения поставленной цели определены и решены следующие задачи:
1. Провести анализ ресурсной базы и современного состояния недропользования в сфере добычи нерудных строительных материалов Волгоградской области.
2. Выявить роль природно-ресурсного потенциала в формировании нерудных геогорнотехнических систем.
3. Оценить устойчивость геосистем к горнотехническому воздействию.
4. Произвести оценку геоэкологической ситуации в местах добычи минерально-строительного сырья.
5. Выявить современное состояние рекультивации земель, нарушенных открытыми горными разработками.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Нерудные карьерно-отвальные комплексы обладают характерной морфологической и пространственной структурами, которые определяются свойствами вскрышных и добычных пород, геологическим строением месторождений и техникой ведения открытых горных работ.
2. Оценка устойчивости геосистем к горнотехническому воздействию базируется на балльной оценке ее критериев, распределенных по значимости с учетом условий открытой добычи.
3. Методика оценки геоэкологической ситуации в местах добычи нерудных полезных ископаемых проводится на основе выявления стадии развития горнопромышленного ландшафта и масштабов распространении зон влияния на природные геосистемы.
4. Результаты геоэкологической оценки нерудных карьерно-отвальных комплексов на основе выявления степени конфликтности природного и техногенного блоков в геосистеме позволяют оценить соразмерность создаваемой горнотехнической нагрузки возможностям системы к восстановлению и выработать управленческие решения по оптимизации горнопромышленных ландшафтов.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
проведена классификация карьеров по добыче минерально-строительного сырья, на основе анализа ресурсообеспеченности выявлены перспективы недропользования в пределах Волгоградской области;
вычислены масштабы зон влияния добычи нерудных строительных материалов на природные геосистемы;
- проведен анализ воздействия добычи нерудных строительных материалов на природные компоненты;
обоснованы и проранжированы факторы устойчивости природных геосистем к горнотехническому воздействию, что послужило основой проведения ее оценки;
- разработана и апробирована методика геоэкологической оценки нерудных карьерно-отвальных комплексов на основе выявления степени конфликтности природного и техногенного блоков геосистемы.
Практическая значимость работы. Результаты исследования могут быть использованы органами местного самоуправления при реализации природоохранной политики, направленной на восстановление природных и социально-экономических функций техногенных ландшафтов. Полученные тематические карты могут послужить основой при создании природно-ресурсного раз-
дела географического атласа Волгоградской области. Кроме того, полученные результаты могут найти свое место в учебном процессе при чтении курсов «Геоэкология Нижнего Поволжья», «Геоморфология» у студентов факультета естественных наук по направлению подготовки 021000 «География» Волгоградского государственного университета.
Апробация результатов работы. Результаты исследований и основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: Международной научно-практической конференции «Репональш географ1чш дослщження Украши та сум1жних територш» (Луганск, 2006), Международной конференции «Геология в Школе и вузе: Геология и цивилизация» (Санкт-Петербург, 2009), Международной научной конференции «География, геоэкология, геология» (Днепропетровск, 2010, 2011), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий» (Чебоксары, 2011), XXX Пленуме Геоморфологической комиссии РАН (Санкт-Петербург, 2008), ежегодных региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2005-2010), Круглых столах по экологическим проблемам Нижневолжского региона, проводимых Волгоградским государственным университетом (2007, 2008).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 17 печатных работ, в том числе две статьи в журналах, рецензируемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, состоящего из 153 источников отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 186 страницах, содержит 34 таблицы, 65 иллюстраций.
Глава 1. Историко-методологические аспекты изучения карьерно-отвальных комплексов
1.1. История изучения воздействия открытой добычи нерудных строительных материалов на природную среду
В географической науке существует несколько направлений, посвященных изучению воздействия добычи полезных ископаемых на природные сите-мы.
1. В геоэкологических исследованиях можно выделить два направления, включающих изучение последствий добычи полезных ископаемых, в том числе и открытым способом. Первое более широкое - экологическая диагностика территорий, а именно, открытая добыча полезных ископаемых, выступает в качестве компонента, необходимого для выявления интегральной экологической оценки территории. В научной литературе этот вопрос освещается в работах Б.И. Кочурова [72,73], К. И. Лопатина и С.А. Сладкопевцева [77]. Одними из критериев оценки этого компонента служат данные о видах добываемого сырья, масштабах и способах добычи, загрязняющих веществах. Так Б.И. Кочуров рассматривает современное использование земель на основе схемы экологического ранжирования отдельных видов использования территорий, в которые входят и разработки минерального сырья. В данном случае места добычи полезных ископаемых выступают в качестве одного из критериев, по которому судят о степени антропогенной нагрузки в целом.
Второе направление, более специализированное, и включает инженерно-геологические последствия разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. К. И. Лопатин [77] при анализе результатов разработок месторождений открытым способом выделяет два типа воздействий на природную среду: инженерно-хозяйственное воздействие и инженерно-геологические процессы и явления. К первому типу он относит строительство карьеров, изменение напряженного состояния массива, создание отвалов, изменение режима подземных вод, ко второму - деформации в бортах карьеров
(оползни, оплывины и др.), изменение ландшафтов, иссушение территории, активизации карста, фильтрационное уплотнение грунтов.
В.Т. Трофимов, В.А. Королев и A.C. Герасимова [147] составили классификацию техногенных воздействий на геологическую среду, и их экологических последствий. Л.Г. Балаев [60] классифицировал виды влияния горнотехнических факторов на изменение окружающей среды в результате открытых горных работ. Эти авторы к развивающимся неблагоприятным геоэкологическим процессам относят: активизацию процессов экзогенной динамики, изменение режима подземных вод, запыление приземного слоя атмосферы.
К. -А. К. Вайгекунас [17] рассматривает влияние эксплуатации карьеров юго-западного Алтая на компоненты геологической среды. Кроме выделения инженерно-геологических процессов и явлений, связанных с открытым способом отработки месторождений, характеризуются факторы, оказывающие на них влияние. Эти факторы в свою очередь делятся на природные (физико-географические, гидрогеологические, геологические) и техногенные (открытая добыча, создание мощных статических и динамических нагрузок на породы, обусловленные складированием вскрышных пород, проведение буровзрывных работ и т.д., осушение массива месторождения, способствующее образованию карста, суффозии).
Л.А. Соколовская [119], обосновывая необходимость разработки методики инженерно-экологического учета негативных последствий горных работ, в качестве основных факторов также выделяет гидрогеологические и инженерно-геологические условия.
A.A. Дончук [49] приводит конкретные примеры развития различных инженерно-геологических процессов и явлений на примере одного из золоторудных месторождений в Восточном Казахстане.
Неблагоприятные инженерно-геологические процессы, происходящие при добыче полезных ископаемых открытым способом, их прогнозы, предупреждение рассматриваются учебной литературе, посвященной экологическим функциям геосреды [5,10,30,34,64,69,113,117,145].
2. Геоморфологические исследования при изучении техноморфогене-
за. В Волгоградской области возникновение интереса к проблемам техногенного морфогенеза обусловлено увеличением роли антропогенного фактора в преобразовании земной поверхности.
Исследования особенностей проявления техногенных воздействий на литосферу и рельеф земной поверхности вошли в круг научных интересов специалистов научно-исследовательских институтов: НижневолжТИСИЗ, Волж-НИИГМ, ВНИАЛМИ, ООО «Радиан-С», а также высших учебных заведений города - геоэкологической лаборатории Волгоградского государственного педагогического института (ныне ВГСПУ), инженерно-строительного института (ныне ВолГАСУ) и других [52,109].
Характеристику антропогенных изменений геолого-геоморфологической обстановки Волгограда, подразделение их на целенаправленные и инспирированные в первые в своей работе озвучивает В.А. Брылев [11,12], этот же автор предлагает количественные критерии антропогенной эволюции рельефа, определение коэффициента антропоморфогенеза в функционирующих геотехнических системах юго-востока Русской равнины [11]. Н.П. Дьяченко приведен анализ комплекса техногенных воздействий и их результатов, рассмотрены региональные особенности техноморфогенеза, выполнено районирование территории области и города по степени техногенного преобразования рельефа, составлена карта техногенного рельефа Волгоградской области и Волгоградской агломерации [51,110,111].
Синяковым В.Н., Кузнецовой C.B. [117] составлена карта прогноза неблагоприятных изменений геологической среды Волгоградской агломерации, схема ее инженерно-геологического районирования, зонирования геологической напряженности. Техногенные изменения рельефа, как при нефтедобыче, так и при открытой разработке минерального сырья были описаны в работах В.А. Харланова [26], С.И. Пряхина [104].
3. Антропогенное ландшафтоведение. Ключевым понятием направления выступает - антропогенный ландшафт. В системе географических наук
выделяются две точки зрения о его сущности. Первая рассматривает только изменение компонентов природного ландшафта под действием производства, при этом изменение одного компонента признается недостаточным для признания ландшафта антропогенным (А.Г. Исаченко [61,62,63]). В своей работе мы опираемся на точку зрения Н.Ф. Милькова [86,87,88] и В.И. Федотова и В.Н. Дву-реченского [130,131], согласно которой возникновение антропогенных ландшафтов не обязательно должно сопровождаться заменой одного компонента другим. Достаточно нарушить коренным образом один компонент, чтобы другие отклонились от своих нормальных значений.
Внутри класса антропогенных ландшафтов отдельно рассматриваются техногенные. К техногенным относят не все антропогенные комплексы, в генезисе которых принимают участие технические системы, а только те, при образовании которых ведущим является технический блок [131]. Иными словами техногенные ландшафты формируются при функционировании геотехнических систем (ГТС). В работах А.Ю. Ретеюма, И.Ю. Долгушина [125,102] представлены классификации, структура и виды геотехнических систем по эффективности выполнения новых функций, по устойчивости, мере влияния на другие природные системы, по плотности и характеру связей между геосистемой и техникой. В.И. Федотов [131] относит геотехнические системы, разрабатывающие полезные ископаемые, к геогорнотехническим, подчеркивая их специализацию.
Под геотехнической системой мы понимаем целостную управляемую систему, где осуществляется постоянное воздействие технического устройства на природный комплекс или его компоненты. Целостность системы обеспечивается потоками вещества, энергии и информации. Длительность функционирования определяется выполнением производственных целей и целесообразностью управления в существующих условиях.
Функционирование геогорнотехнических систем приводит к образованию горнопромышленных ландшафтов. Исследования горнопромышленных ландшафтов характерно для территорий с развитой горнодобывающей промышленностью, поэтому, главным образом, они посвящены горнорудным районам (в
и
первую очередь КМА), угольным разрезам, например, Подмосковный угольный бассейн, (Моторина JI.B. и др. [90]). В делом, в этом направлении следует отметить работы Дончевой A.B. [46-49], Федотова В.И. [130-132], Милькова Ф.Н. [86-88].
Методологические основы изучения горнопромышленных ландшафтов на примере горнорудных районов Русской равнины (КМА) были заложены географами воронежской школы (Ф.Н. Мильков, В.И. Федотов, В.Н. Двуречен-ский, К.Н Дьяконов). Эти научные положения послужили базой при подготовке диссертационного исследования, в частности при выделении факторов, влияющих на развитие горнопромышленных ландшафтов; выявлении парадинамиче-ских микрозон в структуре карьерно-отвальных комплексов[132]; определении сопряженных, смешенных и редуцированные карьерно-отвальных ландшафтов [131].
4. Особое направление представляет собой экологическое русловедение, включающее изучение влияние русловых карьеров на функционирование рек. Широко это направление охватывается в трудах K.M. Берковича, A.C. Завадского, С.Н. Рулевой, В.В. Суркова, P.C. Чалова, A.B. Чернова [6,7,65]. На основе многолетних наблюдений авторами описаны последствия добычи песчано-гравийных смесей из русла Оби, выделены факторы, влияющие на степень нарушения морфологии русла и остроты экологической ситуации.
В зарубежных исследованиях геоэкологические проблемы воздействия открытой добычи полезных ископаемых также актуальны. В работах этой тематики большое внимание уделяется угольным и минерально-строительным карьерам Великобритании [128], Австралии [153], базальтовым в Чехии [152], тальковым в Греции [151]. При этом акцент ставиться на возможности последующей ландшафтной реконструкции, которая должны бать экологически и экономически эффективной, т.е. снижать негативные природные, социальные и экономические издержки.
В истории изучения воздействия добычи нерудных материалов на природные комплексы Волгоградской области можно выделить несколько этапов
(табл. 1). Поскольку главным фактором трансформации природных компонентов является система разработки месторождений, можно говорить, что изучение начинается с разведки и освоении месторождений.
Таблица 1
Этапы освоения и изучения минерально-строительной базы
Волгоградской области
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Геоэкология», 25.00.36 шифр ВАК
Геоэкологическая оценка воздействия добычи общераспространенных полезных ископаемых на состояние окружающей среды: на примере Белгородской области2015 год, кандидат наук Фурманова, Татьяна Николаевна
Методика геоэкологической оценки природно-техногенных геосистем по добыче строительного сырья для их рекультивации и санации2021 год, кандидат наук Бухонова Галина Александровна
Рациональное недропользование в железорудной провинции Курской Магнитной Аномалии: проблемы и пути их решения2010 год, доктор географических наук Петин, Александр Николаевич
Геоэкологические аспекты реабилитации нарушенных горнодобывающей промышленностью земель (на примере Карагандинской области Республики Казахстан)2023 год, кандидат наук Цешковская Елена Анатольевна
Геоэкологические аспекты реабилитации нарушенных горнодобывающей промышленностью земель (на примере Карагандинской области Республики Казахстан)2024 год, кандидат наук Цешковская Елена Анатольевна
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геоэкологическая оценка современного состояния открытых горных выработок Волгоградской области»
Этапы Характеристика
До начала 20-х гг. XX в. Освоение минеральных ресурсов не носило системного характера, они использовались местным населением вблизи казачьих станиц по берегам Дона и его притоков, где на поверхность выходят отложения мела, песков и песчаников.
20-е годы XX века до 1941 г. Развивается систематичное описание и инвентаризация твердых полезных ископаемых. Изучение минерального сырья Нижнего Поволжья велось Государственным институтом по проектированию сооружений сельскохозяйственного назначения [80-82]. Среди твердого минерального сырья были описаны песчаники, известняки, мергели, опоки, мел, пески, глины, но объемы запасов и добычи отражены не были. На территории Волгоградской области изучение проводилось силами Сталинградского краеведческого музея [75], были обследованы Дубовский, Иловлинский, Котельниковский районы Сталинградского округа и южная окраина Сталинграда. Разработка твердых полезных ископаемых велась колхозами посредством карьерной добычи.
С 1945 по 1980-е гг. Изучение месторождений происходит в рамках геологического исследования территории, этому способствуют «стройки века»: строительство ВолгоДонского судоходного канала (1952 г.) и Волжской ГЭС (1961 г.). За этот период были разведаны и стали разрабатываться крупнейшие месторождения минерально-строительного сырья Волгоградской области. Геологическая характеристика месторождений стала более конкретной, с точным указанием запасов и объемов добычи сырья.
С 80-х гг. до настоящего времени. Продолжают расширяться уже существующие карьеры, разрабатываться новые. Теперь добыча минерально-строительного сырья ведется не только с земной поверхности, но и из русел рек Волги и Ахтубы. Пик в освоении новых месторождений пришелся на 80-е - начало 90-х гг. XX в. В последующие годы новых месторождений значительных по запасам сырья разведано не было, на сегодняшний день доразведываются старые.
В истории исследования воздействия горнодобывающей промышленности на природную среду, можно выделить два периода: первый характеризуется активной разработкой недр, трансформацией природных ландшафтов, второй -теоретическим осмыслением и поиском решений возникшего противоречия между природной средой и хозяйственной деятельностью.
1.2. Методы исследования Экспедиционный метод. Полевые исследования на изучаемой территории проводились в период с 2005 г. по 2010 г. в ходе 6 экспедиционных выездов (рис. 1). Выбор маршрутов обусловлен тем, что данных районах сосредоточены крупнейшие разрабатываемые месторождения нерудных строительных материалов Волгоградской области. За прошедший период было обследовано 17 карьеров по добыче минерально-строительного сырья, отличающихся по видам добываемого сырья, запасам и объемам добычи, находящихся на разных этапах эксплуатации.
/ Новонгарласвскпй
\ 0
> OvpwuiiHcK WV-
ж
Кнквшпе
Новоаншшайш
|1еха<;вск11Г|| ^^Алексеевская
Михайловка*
Елань Жирновар
РуЛНЯ / (
TepciT^-/|
„ - L
Даашшшь /
О-íZ* Котопо
/
... /
Стараял!читавка
Палла^вка
¿Г /
) Николаевск
fellCKM
О
'Дон Серафимович
р/'г
Ольховка I
Фролова , -
Клетская
1 ¿ 1ловля
. Дубовка
ГорожМе^/КВолжсый
JВолгоградское b:l\|).
Гуровнгснж] ""ЬЧерньолюксиик
ВОЛГОГРА Калач-на-Д01^
Срелияя AxrvGa л — Неяннсх
■^'yfir 'Свсг.ТьШ Яр
• у Условные обозначения
[Цнмлянско? .ВДХр
.Октябрьский
\Котельниково
ключевые карьеры точки отбора образцов неека
■ направления маршрутов
Рис. 1. Схема маршрутов экспедиционных выездов (2005-2010 гг.).
При рекогносцировочном объезде установлены: локализация карьеров, характер растительного покрова территории, прилегающей к карьеру, выраженность техногенных сукцессии, визуальная глубина карьеров, размещение отвалов, обводнение днища карьеров, инженерно-геологические процессы в бортах и на поверхностях отвалов, интенсивность эксплуатации.
В ходе экспедиционных выездов были отобраны образцы песка месторождений относящихся к камышинской, гуровской и ергенинской свитам, поскольку отложения этого возраста являются главными источниками песчаного материала Волгоградской области, и проведен гранулометрический анализ. Отбор проб проводился в июле. Для отбора образцов был использован точечный метод сбора проб с нарушенной структурой (из осыпи). Согласно методу в каждом месторождении был отобран один образец. Объем каждой пробы составил около 2000 см3. Гранулометрический анализ проводился в геотехнической лаборатории ООО «Радиан-С» (лицензия Федерального Агентства по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству № ГС-3-34-02-28-0-3443072698-008954-1 от 18.12.2006 г.) в соответствии с ГОСТ 12536-79 «Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава» (переиздание - сентябрь 2003 г.). Полученные результаты приводятся в табл. 2.
Таблица 2
Данные гранулометрического анализа
Наименование месторождений Гранулометрический состав, % диаметр частиц, мм Наименование грунтов по ГОСТ 25100-95: «Грунты. Классификация».
5-2 2-1 1-0,5 0,50,25 0,250,1 <0,1
1 2 3 4 5 6 7 8
Орловское-3 (ергенинская свита) - - 0,8 46,5 50,8 1,9 Песок мелкий
Елынанское (камышинская свита) - - 0,1 17,6 80,3 2,0 Песок мелкий
Оленье-Тюринское (гуровская свита) 10,0 8,0 11,2 20,3 2,5 19,8 Гравелистый песок
С целью более глубокого изучения законсервированных карьеров г. Волгограда, были отобраны пробы воды образовавшихся в них водоемов. Всего было исследовано три карьера: Латошинский, Разгуляевский, «Песчаный» (рис. 2). Пробы отбирались в июне, объем каждой составил 1,5 л. Стандартный химический анализ воды также проведенный в лаборатории ООО «Радиан-С» включает определение содержания (мг/л, мг/экв/л, экв-%) катионов (№+К, М^, Са, ТЧНь Ре+2/Ре+3), анионов (С1, 804. НС03, С03, N03), жесткости карбонатной, общей и постоянной. Результаты анализа вод Латошинского, Разгуляевского, «Песчаного» карьеров представлены в табл. 3.
2 3 4 5 км
Условные обозначения
пески
лесополосы
контуры Оалочных систем
пашня
автомобильные дороги
■■1 I
овраги
• точки отбора проб карьерных вод
(карьеры
населенные пункты
Рис. 2. Точки отбора проб карьерных вод. 1. Латошинский карьер, 2. «Песчаный карьер», 3. Разгуляевский карьер.
Таблица 3
Результаты стандартного химического анализ карьерных вод
«Песчаный карьер» Разгуляевский карьер Латои карье ПИНСКИЙ р
мг/л мг-экв/л мг/л мг-экв/л мг/л мг-экв/л
1 2 3 4 5 6 7
Катионы
Ыа+К 57,73 2,51 246,1 10,70 32,9 1,43
м§ 24,32 2,00 103,4 8,50 29,2 2,40
Са 63,13 3,15 220,4 11,00 48,1 2,40
ад - - 0,1 0,00 од 0,00
Бе /Ре - - 0,01 0,00 0,01 0,00
Сумма катионов 145,18 7,66 570,0 30,20 110,3 6,23
Анионы
С1 92,20 2,60 336,9 9,50 60,3 1,70
804 22,22 0,46 663,3 13,80 73,7 1,53
НСОз 280,60 4,60 420,9 6,90 183,0 3,00
С03 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00
нитрат-ион ИОз 0,0 0,0 0,0 0,00 0,0 0,00
Сумма анионов 395,02 7,66 1421,1 30,20 317,0 6,23
Сумма катионов и анионов 540,20 1991,1 427,3
Сухой остаток теоретический 399,90 1780,6 335,8
Сухой остаток практический 404,00 1815,0 354,0
Жесткость общая 5,15 19,50 4,80
Жесткость карбонатная 4,60 6,90 3,00
Жесткость постоянная 0,55 12,60 1,80
СОг агрессивная 0,02 5,0 10,0
Таким образом, экспедиционный метод позволил собрать первичную информацию о современном состоянии карьерно-отвальных комплексах, сформировавшихся в результате добычи минерально-строительного сырья, дополнив данные фондовых материалов, предоставленных Территориальным Агентством по недропользованию по Волгоградской области (Волгограднедра).
Сравнительный метод. Сравнительный анализ применялся для выявления и обоснования исторических этапов в изучении карьерно-отвальных комплексов, а также научных направлений, включающих рассмотрение горнотехнического воздействия на природную среду. В рамках применения сравнительного метода использовался способ аналогии. В начале исследования были проанализированы работы по сходной тематике, проведенные в разных регио-
нах страны, а также зарубежом. В результате были выявлены общие неблагоприятные инженерно-геологические процессы характерные и для изучаемых карьерно-отвальных комплексов.
Данные, полученные при работе с фондовыми материалами, сравнивались с полевыми наблюдениями, что позволило уточнить линейные размеры карьерных выработок, их расположение, современный характер эксплуатации.
Сравнение тематических карт природного фона (геологическая, геоморфологическая, гидрогеологическая, климатическая карты Волгоградской области) [3] с картой размещения основных месторождений твердых полезных ископаемых, представленной Волгограднедра, позволило выявить и описать роль природных факторов в проявлении и активизации неблагоприятных инженерно-геологических процессов, а также природные закономерности в размещении геогорнотехнических систем.
Геоэкологическое картографирование. В географических исследованиях карта используется в двух аспектах: во-первых, для фиксации данных на начальных этапах исследования, во-вторых, при анализе имеющихся и составленных карт. Таким образом, очевидно, что картографический метод проходит через все этапы исследования.
При подготовке диссертации были использованы следующие картографические материалы:
- карта Волгограда и окрестностей, масштаб 1:100 ООО;
- топографические карты Волгоградской области, масштаб 1:200 ООО (ГУГКРФ, 2003);
- отраслевая карта Территориального Агентства по недропользованию по Волгоградской области (Волгограднедра), масштаб 1:500 000;
- физическая карта Волгоградской области, масштаб 1:600 000.
В рамках картографического метода был использован морфометрический анализ рельефа для определения уклона поверхности. Расчет фактических уклонов поверхности выделенных горнодобывающих ареалов производился по формуле: tga=h/l, где - тангенс угла наклона поверхности, Ь - высота сече-
ния рельефа в м, 1 - горизонтальное проложение в м. Полученные результаты использовались при определении уровня устойчивости геосистем к горнотехническому воздействию (п. 4.1.).
Согласно типологии, предложенной К.И. Лопатиным, С.А. Сладкопевце-вым [77] применялось аналитическое и типологическое геоэкологическое картографирование. Аналитическое картографирование заключалось в картографировании источников техногенного воздействия. Карьеры показаны внемас-штабными знаками, дополнительная информация представлена в табличной форме. В результате была установлена фактическая локализация карьеров, их сочетание, пространственные соотношения. В картографической форме отражены важнейшие характеристики этих техногенных объектов, такие как, виды и объемы добычи нерудных полезных ископаемых (рис. 3), современное состояние эксплуатации карьеров (разрабатываемые, законсервированные, перспективные), ресурсообеспеченность.
Рис. 3. Фрагмент картосхемы «Добыча минерально-строительного сырья за 2010 г». Окончание на с. 19.
Условные обозначения gg известняк для строительного камня И силикатный песок
песчаник для строительного камня !•*•! стекольный песок
р мел для извести ffi фильтровый песок
А цементное сырье 52 формовочный песок
[7] строительный песок К абразивный песок
£ глины для керамического кирпича
Добыча минерально-строительного сырья (тыс, т/тыс. м3)
О от 1 до 20 О от 50 до 65
Q от 30 до 45 <Ц от 75 до 95
Él от 105 до 120
О более 5000
от 250 до 400
Типологическое геоэкологическое картографирование заключалось в выделении горнопромышленных ареалов по добыче нерудных строительных материалов, их устойчивости к горнотехническому воздействию (рис. 4), напряженности геоэкологической ситуации, вызванной открытой разработкой месторождений нерудных строительных материалов.
Киквидзе
ДашповкуГ- Котшю Ш Михайлов*?"'' / Н'
Ольховкаг
Фролоао ,
(»Быково
детская
ЬИловля
VI Дубпшз
Городите /"^»нашксгаш Волгоград Г /< Средняя Аетуба [Суровиктю ^Кгаач-ш-Дону/ / Q^-^ Ленине
A ^Светлый Яр
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
_ средняя устойчивость
высокая устойчивость
Горнопромышленные ареалы: I. Жирновский И.Камышинский Ш.Себряковский ¡У.Донской
а. Донская излучина в. Арчединско-Донские пески У.Дубовский УГ.Волгоградский
Рис. 4. Фрагмент картосхемы «Устойчивость геосистем горнопромышленных ареалов Волгоградской области к горнотехническому воздействию».
В целом приемы геоэкологического картографирования, использованные в диссертационном исследовании, соответствуют региональной специфике [14].
Дешифрирование данных дистанционного зондирования Земли. Дешифрирование данных дистанционного зондирования Земли (ДДЗ) широко используется в современных географических исследованиях. В диссертационном исследовании было использовано более 200 цветных космоснимков с Интернет ресурса http://maps.google.ru. Методической основой дешифрирования послужили работы Б.В. Виноградова [19,20], В.А. Николаева [91], В.И. Стурмана [122], Лабутиной И.А., Балдиной Е.А. [75].
При выборе масштабов используемых материалов ДДЗ мы руководствовались пространственными характеристиками карьерно-отвальных комплексов. Поскольку карьерные разработки являются глубокими нарушениями геосреды и достаточно четко выделяются на снимках, применялся метод визуального дешифрирования. Прямыми дешифровочными признаками явились форма, тень, размер, цвет, текстура, рисунок.
Как отмечают многие авторы (И.А. Лабутина, Е.А. Балдина, [75], П.А. Украинский, [127]) автоматическое дешифрирование полностью не заменяет визуальное. Среди преимуществ визуального метода дешифрирования перед автоматизированным отмечается легкость получения пространственной информации и одновременное использование всей совокупности дешифровочных признаков, в особенности косвенных.
В зависимости от размеров карьерно-отвальных комплексов, площадей выделенных горнопромышленных ареалов использовались космоснимки следующих масштабов: 1:20 000,1:40 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:200 000. Итогом применения метода стало составление схем горнопромышленных ареалов и зонирования карьеров. На рис. 5 приводится фрагмент результата дешифрирования Камышинского горнопромышленного ареала. Были дешифрированы лесные, полевые, селитебные, дорожно-линейные системы, что позволило рассчитать соотношение природной и антропогенной составляющей выделенных ареалов.
Условные обозначения
байрамные леса карьеры
пески 0ВРаги
садовые участки__пашня
контуры балочных автомобильные
систем дороги
населенные пункты
Рис. 5. Фрагмент схемы пространственной структуры Камышинского горнопромышленного ареала, построено по данным дешифрирования космос-нимков.
При дешифрировании карьерно-отвальных комплексов в составе каждого было выделены две зоны: зона техногенной экзарации (соответствует площади карьерного поля) и зона техногенной аккумуляции или отвалообразования в границах земельного отвода, вычислена максимальная ширина зоны техногенной аккумуляции (дальность влиянии). С помощью инструментария www.freemaptools.com вычислены площади этих зон (табл. 4).
Таблица 4
Распространение зон влияния открытой добычи нерудных
строительных материалов на природную среду
№ Наименования Общая пло- Зона техно- Зона техно- Ширина зоны
п/п карьеров щадь карьер- генной экза- генной ак- техногенной
110- отвального комплекса, га рации, га кумуляции, га аккумуляции (дальность влиянии), м
1 2 3 4 5 6
Жирновский горнопромышленный ареал
1. Александровский 2,8 1 1,8 100
2 Овраг Дальний Каменный 20,7 9,7 11 150
3. Андреевский 6,4 6,4 не выявлено 130
4. Синегорский-2 8,1 3,7 4,4 100
5. Синегорский-1 9,6 9,6 не выявлено 100
6. Линевский 21,8 8,7 13,1 100
Итого: 69,4 39,1 30,3
Фроловский горнопромышленный ареал
7. Арчединский 112,8 36,1 76,7 850
8. Арчединский-1 65,1 33,9 31,2 400
9. Калининский 69,2 21,1 48,1 500
10. Шуруповский 103,1 38,8 64,3 850
Итого: 350,2 129,9 220,3
Себряковский горнопромышленный ареал
11. Себряковский 723,2 500 223,2 2000
12. Михайловский-1 (мел) 55,8 33,6 22,2 350
13. Михайловский-1 (песок) 9,8 6,2 3,6 250
14. Отруба 13,2 4 9,2 50
15. Себрово 1,5 1,5 не выявлено -
Итого: 803,5 545,3 258,2
Камышинский горнопромышленный ареал
16. Ельшанский 27,9 11,5 16,4 70
17. Камышинский-1 33 15 18 70
Окончание таблицы 4
1 2 3 4 5 6
18. Камышинский-2 16,5 6,4 10,1 50
Итого: 77,4 32,9 44,5
Донской горнопромышленный ареал
19. Липкинский и Липкинский-1 238 86 152 600
20. Зимовекой 29,1 9 20,1 300
21. Шляховской 11,8 7 4,8 250
22. НовоГригорьевский 44,2 12,3 31,9 400
23. Перекопский 24,4 9,1 15,3 500
Итого: 347,5 123,4 222,1
Дубовский горнопромышленный ареал
24. Оленье-Тюринский 16,2 16,2 не выявлено -
25. Дубовский 21,5 21,5 не выявлено -
26. Песковатский 12,2 6,8 5,4 50
27. Яранцевский 15,7 8Д 7,6 50
28. Балка Песчаная 11,5 И,5 не выявлено -
29. Челюскинский 15,5 7,3 4,8 100
30. Екатериновский 24,6 10,2 14,4 100
Итого 117,2 81,6 35,6
Волгоградский горнопромышленный ареал
31. Орловский-1 45,3 18,0 27,3 1500
32. Орловский-3 155,9 148,4 7,5 250
33. Орловский 17,6 17,6 не выявлено -
34. Пионерский 79,4 34,2 45,2 600
35. Разгуляевский 22,8 22,8 не выявлено -
36. Песчаный 16,2 16,2 не выявлено -
37. Ельшанский-2 8,1 8,1 не выявлено -
38. Чапурниковский 90,3 25,7 64,6 500
39. Красноармейский-4 13,4 4,0 9,4 50
40. Латошинский 60,3 60,3 не выявлено -
Итого: 509,3 343,8 165,5
Всего: 2214,2 1247,2 967
Пример техники дешифрирования одного карьерно-отвального комплекса приводится на рис. 6. Признаком выделения границы карьерного поля послужил белый цвет добываемой породы (известняк), контрастирующий с окружающим фоном. Зона техногенной аккумуляции в пределах земельного отвода дешифрируется по изменению текстуры рисунка. Прямыми дешифровочными признаками отвалов служит форма, тень, рисунок склонов. Отвалы распознаются как замкнутые кольцевые формы, у которых радиально от центра к пери-
ферии расходятся линии, т.е. по склонам развивается линейная эрозия. Поверхности и бровка покрыты пятнами растительности - свидетельство проведенной рекультивации. Локальные разработки также определяются замкнутыми формами, но без растительного покрова, цвет соответствует добываемой породе.
Условные обозначения зона техногенной
экзараци
, _ -граница зоны затопления карьера
г зона техногенной аккумуляции: а - внешние отвалы б - локальные разработки в - внутренний отвал
Масштаб 0 _500м
Рис. 6. Арчединский карьерно-отвальный комплекс.
В четвертой главе представлены обобщенные результаты дешифрирования карьерно-отвальных комплексов горнопромышленных ареалов. Обработка космоснимков на камеральном этапе проводилась по дешифровочным признакам описанным выше.
Формальная агломеративная классификация. Формальная агломеративная классификация в работе была применена при систематизации карьеров Волгоградской области. Признаками для выделения классов послужили общие запасы минерального сырья (по категориям А+В+СО, объем годовой добычи (за 2010 г.), ресурсообеспеченность. Всего были рассмотрены данные 50 месторождений (в первую очередь разрабатываемых в настоящее время). Математическое основание классификации представлено в работе Ю.Г. Пузаченко [106].
По результатам классификации было выделено:
A) 7 классов карьеров по уровню добычи: до 20, 30 - 45, 50 - 65, 75 - 95, 105 - 120, 250 - 400, более 5000 тыс. т или тыс. м3 (см. рис. 14, с. 53);
Б) 7 классов по объемам запасов минерального сырья: 3,5 - 65, 200 -1200, 1500 - 6000, 7500 - 15000, 18000 - 25000, 30000 - 36000, более 1 млн. тыс. т или тыс. м3 (см. рис. 15, с. 54);
B) 5 классов по ресурсообеспеченности (с учетом разведанных запасов и современного уровня добычи): до 30 лет, 50 - 100, 150 - 200, 350 - 500, 1000 -2000 (см. рис. 16, с. 55).
1.3. Методика оценки устойчивости геосистем к горнотехническому воздействию
Природная среда и природные комплексы обладают определенными свойствами, которые позволяют установить максимальные нагрузки на исходное состояние данной среды, допускающие возможность ее восстановления. Одним из этих свойств является устойчивость. В географии устойчивость ландшафта понимается по-разному: а) как постоянство характеристик объекта и неизменность их во времени, б) как прочность системы, измеряемая величиной разрушающего его структуру воздействия, в) как способность ландшафта сохранять взаимные связи между параметрами возмущенной системы [139]. B.C. Преображенский [101], А.Ю. Ретеюм [24,102,108] понимают под устойчивостью ландшафта как сопротивляемость внешним воздействиям, так и способность к восстановлению нарушенных этим воздействием свойств. B.C. Преображенский различает устойчивость по отношению к внешним воздействиям природных и антропогенных геосистем. К.Н. Дьяконов, A.B. Дончева под устойчивостью ландшафта, понимают способность поддерживать значение структурных и функциональных характеристик в пределах, не превышающих критических величин, в пределах нормы состояния при внешних воздействиях [144].
Чибилев A.A. отмечает, что устойчивость (гомеостатичность, резистентность, стабильность) проявляется в способности ландшафтов и экосистем к саморегуляции после оказанного воздействия [139]. Кочуров Б.И. [72,73] опреде-
ляет устойчивость ландшафта как способность противостоять антропогенным воздействиям, изменяясь только в пределах инварианта. Согласно Н.Ф. Реймер-су [101] устойчивость экосистемы - это ее способность сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов. Исаченко А.Г. [63] под устойчивостью геосистем понимает способность системы сохранять свою структуру и возвращаться к исходному состоянию после воздействия внешних возмущений, пока эти возмущения не перешли через некоторый критический порог. Комарова Н.Г. [71], применяя механистический подход, определяет устойчивость экосистемы как соотношение между величиной отклонения системы от нормального состояния и величиной воздействия на нее. Дончева A.B. [45] в устойчивости природных комплексов к техногенному воздействию выделяет две составляющие: устойчивость морфогенетической структуры ландшафта, связанной с относительной стабильностью в пространстве природных комплексов и характеризующая их способность к модификации, и геохимическая устойчивость, связанная с совместимостью техногенного и природного потоков вещества.
Понятие устойчивости ландшафта или геосистем используется во многих прикладных эколого-географических исследованиях. Так оценка устойчивости геосистем к антропогенному воздействию необходима для обоснования предельных нагрузок [139], служит цели экологического нормирования, эколого-географического прогнозирования и экспертизы. Кочуров Б.И. [72,73] в качестве показателя потенциальной устойчивости ландшафтов предлагает почвенно-геохимический потенциал ландшафта, который оценивается условными баллами и отражает степень выраженности экологических свойств почв.
Богданов H.A. предлагает проводить анализ устойчивости геосистем к совокупному воздействию природных и антропогенных факторов в качестве условия реализации принципа оптимизации при построении концептуальной модели геоэкологического зонирования [9]. Ковтун С.Ю. [68] выявляет степень экологической устойчивости геосистем к антропогенному воздействию при разработке функционального зонирования национального парка «Бузулукский
бор» Оренбургской области. Оценка экологической устойчивости ландшафтов проводится в исследовании Хорошева O.A. при оценке экологической ситуации в зоне деятельности ООО «Кавказтранегаз» [136].
Предложенная М.А. Глазовской [29] оценка устойчивости природной среды к техногенному воздействию основана на дифференцированном подходе к условной балльной оценке ряда факторов. A.B. Шакиров [140] предложил методику расчета устойчивости геосистем к механическому воздействию с применением весовых коэффициентов.
Подводя некоторый итог можно сделать вывод, что в эколого-географических исследованиях предлагаются различные методики по определению устойчивости природных комплексов, как к антропогенному воздействию в целом, так и при воздействии отдельных антропогенных факторов, однако нет единой, универсальной методики. Этот факт говорит о важности и, в то же время, сложности и проблематичности определения устойчивости, а между тем, это свойство является одним из важнейших понятий для решения теоретических и прикладных задач. В рамках данной работы одной из задач является выявление устойчивости геосистем к горнотехническому воздействию.
Следует отметить, что оценка устойчивости к антропогенным нагрузкам может быть осуществлена в двух аспектах: во-первых, при определении потенциальной устойчивости природных систем (или зональной устойчивости согласно Дончевой A.B. [45,46]), во-вторых, при определении устойчивости преобразованных природно-антропогенных систем (реальная устойчивость). Поскольку карьеры расположены на территориях активного хозяйственного освоения, диссертационное исследование основано на втором аспекте.
Методической основой для выделения факторов, влияющих на устойчивость геосистем, послужила общая методика, предложенная Лопатиным К. И. и Сладкопевцевым С.А. [77]. Поскольку одной из задач диссертации является выявление уровня устойчивости к горнотехническому воздействию, то к факторам были добавлены глубина залегания грунтовых вод и вид добываемого сырья.
Для учета особенностей горнотехнического воздействия и региональных условий вводятся весовые коэффициенты.
Проанализировав научные труды В.И. Федотова, Ф.Н. Милькова, М.А. Глазовской, Б.И. Кочурова, A.B. Шакирова, К.И. Лопатина, С.А. Сладкопевце-ва, а также нормативные документы [18,32,33,84,85,94,100], посвященные вопросам недропользования и рекультивации нарушенных земель, мы выделили две группы факторов, влияющих на степень устойчивости геосистем к горнотехническому воздействию.
I. Природные факторы, к ним относятся:
1. Геологический фактор. Характеризует прочность горных пород, их устойчивость к механическому воздействию. Критерий - качество поверхностных отложений, который демонстрирует вертикальные связи в геосистеме. Поверхностные отложения описаны по видам вскрышных пород, данные о которых предоставлены Федеральным Агентством по недропользованию по Волгоградской области [89].
Похожие диссертационные работы по специальности «Геоэкология», 25.00.36 шифр ВАК
Лесомелиорация техногенных ландшафтов в условиях вертикальной зональности Центральной части Северного Кавказа2020 год, доктор наук Хамарова Зора Хакимовна
Совершенствование технологии рекультивации карьеров по разработке месторождений строительного сырья: На примере Московской области2003 год, кандидат технических наук Бирюков, Максим Эдуардович
Экологическая стабилизация пылящих поверхностей апатитонефелинового хвостохранилища в условиях Кольского Севера2024 год, кандидат наук Лусис Аделина Вадимовна
Геоэкологическое обоснование рекультивации внешних отвалов при разработке угольных месторождений Кузбасса2022 год, кандидат наук Мухина Александра Сергеевна
Анализ ландшафтной структуры природно-антропогенных комплексов Каргалинских рудников2004 год, кандидат географических наук Рыбаков, Александр Анатольевич
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хаванская, Наталья Михайловна, 2012 год
■А Я
Ч
И
О
ч
<Ц
а
о ш
41 О
Ю Л
ш
л к
и Й
о
•э-
я м о
ш
о
4>
я й>
5
к 8
а>
Ь,
аГ
л аз 18 5
к а м о
И §
и о
м
Рис. 21. Геолого-геоморфологический профиль Себряковского карьера (составлено автором по данным Волгограднедра [89])
Функциональный блок. В результате воздействия ГТС на природную среду увеличивается трещиноватость пород, изменяются гидрогеологические условия, возможно образование оползней в бортах карьера, повышается содержа-
ние цементной пыли в атмосфере, при отработке обводненной толщи мела осушается верхняя часть водоносного горизонта.
Геогорнотехническая система по добыче песчаного материала. Природный блок. Месторождения песчаного материала, в отличие от известняков, распространены практически повсеместно в правобережной части области. Большая часть месторождений, имеющих промышленное значение, в тектоническом плане приурочена к Приволжской моноклинали, перекрытой с поверхности осадками палеогена и неогена а в геоморфологическом - к восточному склону Приволжской возвышенности. В физико-географическом районировании Волгоградской области рассматриваемая территория находится в подзоне сухих степей на каштановых и светло-каштановых почвах [21,26].
Пески различаются по происхождению (речного и морского генезиса), гранулометрическому составу (от мелкозернистых до грубозернистых), по содержанию кварца, по текстуре. Геологическое строение песчаных карьеров на примере Орловского показано на рис. 22.
В зависимости от вида использования отраслями строительной индустрии они подразделяются по назначению на строительные, абразивные, формовочные, силикатные и т.д. Общие промышленные запасы песчаного сырья составляют более 500 млн. м3, при среднегодовом фактическом уровне добычи превышающем 1300 тыс. м [44].
Технический блок включается в работу обслуживающим компонентом. Как и при проведении горно-капитальных работ при подготовке к разработке месторождений известняка вскрышные породы разрабатываются экскаваторным способом отдельными (Чапурниковский, Оленьевский карьеры), общими (карьер Орловский-3, Ельшанский) траншеями.
Добыча песка в горнодобывающем компоненте осуществляется с использованием одноковшового экскаватора. В отличие от известняковых карьеров, для песчаных в состав технического блока не входит дробильно-сортировочный компонент. Транспортный компонент, в большинстве карьеров применяется бестранспортная система открытых горных разработок, т.е. вскрышные породы
перемещаются в отвалы с помощью тех же экскаваторов, что разрабатывают и полезную толщу [120]. Что касается перемещения добытого полезного ископаемого, то на более крупных карьерах используется карьерный транспорт. Например, на Чапурниковском используется железнодорожный транспорт, на Орловском-З и Елынанском — автомобильный. На небольших карьерах (Олень-евский, Челюскинский) добытое сырье погружается в самосвалы с помощью добывающих экскаваторов.
Рис. 22. Геолого-геоморфологический профиль карьера Орловский-3 (составлено автором по данным Волгограднедра [89]).
Следует отметить, что в строении месторождений песка мощность вскрышных пород невелика (в среднем 10-15 м), часто полезная толща вскрывается на поверхность, поэтому нередко можно наблюдать либо редуцированность отвальной части (карьер Орловский-3), либо ее полное отсутствие (Орловский карьер).
Функциональный блок. Характер воздействия горнотехнической системы выражается в пылевыделении, изменении гидрогеологических условий, активизации склоновых процессов в бортах карьера [129].
Подводя итог, необходимо отметить следующее:
- поддержание структуры и функционирования ГТС обеспечивается прямыми и обратными связями между компонентами.
- добыча нерудных строительных материалов оказывает комплексное воздействие на природную среду, затрагивая все ее компоненты.
- наиболее сложная из описанных выше геогорнотехнических систем формируется при добыче цементного сырья. Это объясняется разнообразием условий добычи, видами сырья, мощностью вскрышных и добычных пород;
3.2. Развитие горнопромышленных ландшафтов
Несмотря на тесную связь понятий «геотехническая система» и «техногенный ландшафт» между ними существуют принципиальные различия. Горнопромышленные ландшафты генетически относятся к группе антропогенных ландшафтов [4,22,86-88,130,131]. По мнению В.И. Федотова [131], горнопромышленными ландшафтами следует считать антропогенные комплексы, образующиеся от взаимодействия геогорнотехнической системы с природной средой, функционирующие с использованием природной энергии и энергии, определяемой технологией горных работ, и характеризующиеся активной миграций минерального и биогенного вещества.
Ф.Н. Мильков объясняет отличие геогорнотехнической системы от горнопромышленного ландшафта следующим: при функционировании геогорнотехнических систем ведущим фактором выступает технический, в то время как
природные находятся в угнетенном состоянии, при развитии горнопромышленного ландшафта, при снятии технической нагрузки, на первый план вновь выходят природные факторы, хотя во многом дальнейшее развитие ландшафта зависит о системы разработки месторождения [86-88].
Следовательно, с прекращением функционирования геогорнотехнической системы, можно говорить о сформированном горнопромышленном ландшафте, в данном случае его подтипе - карьерно-отвальном комплексе.
Таким образом, горнопромышленным ландшафтам свойственно три признака: принадлежность к категории антропогенных ландшафтов; генетическая связь с геогорнотехнической системой; высокая динамическая активность основных ландшафтообразующих компонентов [130,132]. A.B. Дончева выделяет три динамические стадии нарушенности природы воздействием горнометаллургического производства: естественный природный тип, трансформированная природа, техногенноприродный тип [46].
Учитывая генетическую связь техногенного ландшафта с геогорнотехнической системой, обобщив стадии развития горнопромышленного ландшафта, представленные выше, можно представить этапы развития горнопромышленного ландшафта в следующем виде (табл.17):
Таблица 17
Стадии развития горнопромышленного ландшафта
(составлено автором)
Стадия развития горнопромышленного ландшафта Связь с геогорнотехнической системой Роль природных факторов в ландшафтооб-разовании Роль техногенных факторов в ландшаф-тообразовании
Природный ландшафт — + —
Ландшафтно-техногенный комплекс + — +
Техногенный ландшафт (горнопромышленный) — + +
Техногенные сукцессии — + =
Примечание: + действие фактора или наличие связи; - угнетение фактора или отсутствие связи; = зависимость техногенных сукцессий от предшествующего способа разработки.
Особенности функционирования горнопромышленных ландшафтов наиболее ярко выявляются при сравнении их с природными. Поскольку в формировании горнопромышленного ландшафта главным ландшафтообразующим фактором является изъятие и перемещение вещества, то проведем сравнительный анализ с миграционными потоками веществ в природном ландшафте. Научными основами сравнения служат работы М.А. Глазовской [29], А.И. Пе-рельмана [97] о ландшафтно-геохимических системах.
В геохимии ландшафт рассматривается с позиции системного подхода. Основоположник геохимии ландшафтов Б.Б. Полынов писал, что ландшафт представляет собой не только эффект взаимодействия природных процессов, но и систему осуществляющую это взаимодействие [29]. Развитие и функционирование ландшафтов, их целостность, взаимосвязь между компонентами (подсистемами) осуществляется через геохимические процессы, протекающие в ландшафте. Связующим звеном между компонентами ландшафта являются потоки вещества, энергии и информации. Каналами связи между блоками ланд-щафтно-геохимической системы служат миграционные потоки, которые состоят из фазы носителя и из фазы мигранта. В качестве фазы носителя выступают потоки водных, воздушных, твердых масс (дифлюкционно гравитационно-осыпных). Вода и живое вещество являются двумя главными факторами, определяющими основные направления ландшафтно-геохимических процессов, а возможность свободного проявления силы тяжести - существенным фактором миграции вещества в ландшафтной сфере [29,97,118].
Прочность обратной геохимической связи между блоками, а, следовательно, устойчивость системы определяют внутренние циклические миграционные потоки вещества, важнейшим из которых является биологический круговорот веществ. Благодаря жизнедеятельности фотосинтезирующих растений осуществляется накопление солнечной энергии в ландшафте, синтез органического вещества, которое при отмирании живых организмов (в органической форме или уже минерализованной) вовлекается в геохимические круговороты [29,97]. Итак, из выше изложенного следует, что благодаря биоте ландшафт по-
стоянно обогащается веществом. Степень геохимической автономности и устойчивости ландшафта возрастает с увеличением доли биотических потоков веществ. При увеличении емкости абиотических потоков вещества устойчивость системы нарушается, процесс имеет более четко выраженный направленный характер. Следовательно, главной формой движения материи в природных ландшафтах выступает биологическая.
Следует отметить, что наряду с геохимическими и биогеохимическими процессами в природных и особенно техногенных ландшафтах выделяются широко распространенные процессы механогенеза. Механогенез проявляется в различных формах эрозии, дефляции, в развитии оползней, осыпей и обвалов [29,98,118].
Начиная со второй стадии развития горнопромышленного ландшафта, наблюдаются отличия от природного, в первую очередь это касается вещественно-энергетических связей в системе. Главным ландшафтообразующим фактором, как уже было отмечено, является система горных разработок. Связующими звеньями между техническим устройством и ландшафтом также служат вещественно-энергетические связи, но подчиненные целям выполнения социально-экономических задач. Возникает противоречие основным положениям о факторах направления геохимических процессов: так фактором, определяющим направление геохимических потоков, является техническое устройство, а фактор миграции вещества направлен против вектора силы тяжести.
В горнопромышленном ландшафте нарушена цикличность геохимических потоков. Вещественный обмен в геогорнотехнической системе можно сопоставить с производственным ресурсным циклом. Ресурсный цикл включает основные стадии производства от добычи сырья до готовой продукции, ее эксплуатации и утилизации. Главное отличие ресурсного цикла от природного заключается в его незамкнутости, это проявляется в потерях вещества на каждой стадии производства. Кроме того, при добыче всегда характерны потери вещества, например, при добыче на одном из песчаных карьеров в объеме 474,8 тыс. м3/год потери составили 62,2 тыс. м3/год или 13% [129]. Таким образом, в гор-
непромышленном ландшафте преобладают внешние направленные миграционные потоки вещества.
С уничтожением почвенно-раетительного покрова ландшафт теряет способность к накоплению энергии. Двигателем развития горнопромышленных ландшафтов становится искусственный источник энергии, не предназначенный к аккумуляции. Конечно, солнечная энергия, как природный фактор не может быть устранена, она продолжает оказывать влияние на нагрев поверхностей, процессы выветривания, микроклиматические показатели, испаряемость, миграционные процессы в ландшафте, но большая часть ее либо отражается, либо рассеивается в виде тепловой энергии. С потерей способности к накоплению энергии, теряется возможность создания и накопления органического вещества зелеными растениями. Угнетается биологический круговорот веществ и активизируется абиотический, с преобладанием физической и механической форм движения материи, которые считаются более простыми по сравнению с биологической. Таким образом, горнопромышленный ландшафт характеризуется низкой устойчивостью, утратой возможности к самоорганизации, а его развитие строго детерминировано и носит направленный характер, в отличие от природных процессов, для которых свойственны случайность, неопределенность и ненаправленность [1]. Существующая структура и функционирование горнопромышленного ландшафта поддерживается антропогенным фактором и при его снятии система переходит на новый уровень, ища состояние динамического равновесия, при котором возможны процессы самоорганизации.
При описании горнопромышленных ландшафтов, научными основами послужили труды Милькова Ф.Н. [86-88] и Федотова В.И. [131,132] и В.Н. Дву-реченского [130], посвященные парадинамической микрозональности и классификации карьерно-отвальных ландшафтов. Согласно Федотову В.И. в пара-динамике техногенных взаимодействий следует различать последствия прямого техногенного взаимодействия и опосредованного влияния. С прямым воздействием при горнотехнической деятельности связано происхождение таких мик-розон, как:
1. Зона техногенной экзарации - результат техногенного выпахивания поверхностного слоя ландшафтной сферы, т.е. это непосредственно карьерные выемки, разрезы.
2. Гравитационно-флювиальная микрозона образуется при отвалообразо-вании вскрышных пород и состоит из двух взаимообусловленных микрополос:
а) эрозионно-обвально-оползневой полосы, приуроченной к периферии карьерно-отвальных ландшафтов;
б) полоса антропогенной аккумуляции, существование которой связано с эрозионо-отвально-оползневой полосой.
К опосредованному влиянию относятся:
1. Зона геохимического влияния - это зона водно-ветрового воздействия техногенных комплексов на окружающие ландшафты.
2. Зона гидрогеологического влияния. Возникает как ответная реакция природной среды на образование зоны техногенной экзарации.
3. Зона микроклиматических изменений, не имеющая жестких границ.
4. Зона биоценотического воздействия - полоса влияния биотических компонентов на техногенные комплексы со стороны окружающих ландшафтов.
Нами было составлено описание парадинамических микрозон применительно к изучаемым горнопромышленным ландшафтам. Для сравнения сопоставим отработанные известняковый (Ново-Григорьевский) и песчаный (Орловский) карьеры.
Ново-Григорьевский известняковый карьер (Каменский участок). Зона техногенной экзарации, зависящая от объема производимых работ по добыче известняков, характеризуется глубиной техногенного выпахивания пород равной около 20 м. В результате добычи размеры карьерной выемки достигли соотношения 12,3 га [13,105]. Всего же объем добытых пород оценивается более ■2
15 млн. м - таков дефицит минерального вещества, изъятого из естественного геохимического круговорота. Создание отрицательной формы рельефа с довольно крутыми бортами способствовало активизации гравигенных процессов, среди которых наиболее активны осыпи (рис. 23). Кроме активации геодинами-
ческих процессов, для микрозоны техногенной экзарации характерны и такие сопутствующие явления как запыленность приземного слоя атмосферы, изменение характера подстилающей поверхности, в силу чего увеличивается ее отражательная способность.
Поскольку отвалы карьера не столь высокие около 5 м, сложены рыхлыми породами (четвертичные пески) не было необходимости создания здесь уступов (рис. 24). Главными процессами гравитационно-флювиальной микрозоны эрозионно-обвально-оползневой полосы выступает эродирующая деятельность талых и дождевых вод, формирующая на поверхности отвалов эрозионные борозды, а также эоловая деятельность, создающая небольшие котловины выдувания.
Рис. 23. Ново-Григорьевский карьер (фото автора).
Рис. 24. Отвалы Ново-Григорьевского карьера (фото автора).
Полоса антропогенной аккумуляции расположена по периферии карьер-но-отвального комплекса и в основном представлена материалом, сносимым с отвалов. Следует отметить, что эта полоса не имеет значительную протяжен-
ность и не оказывает большого влияния на близлежащую территорию, это следует из того, что степная растительность практически вплотную подходит к границам отвалов.
Говоря, о зоне гидрогеологического влияния, можно судить о ее неактивности, что объясняется ненарушенностью водоносного горизонта горной выработкой. То же относится к зоне микроклиматических изменений: так как карьер представляет собой неглубокую чашу, микроклиматические показатели в ней и за ее пределами не отличаются.
При описании зоны антропогенной аккумуляции, косвенно была затронута зона биоценотического воздействия. Однако, несмотря на близкое расположение этих двух зон естественное зарастание отвалов происходит неактивно. Это объясняется засушливостью условий территории, рыхлостью вскрышных пород, формирующих отвалы. Заросли полыни Австрийской характерны только для подножия отвалов, на самих же отвалах встречаются единичные экземпля-
I
ры кустарниковой и кустарничковой растительности.
Переходя от описания внутренней функциональной парадинамической микрозональности к внешним характеристикам, отметим, что НовоГригорьевский карьер представляет собой сопряженный карьерно-отвальный комплекс, так как карьерная и отвальная части расположены рядом. В составе этого комплекса выделяются три типа местностей: каменноломенный бедиенд, лишенный растительного покрова, характерный для бортов карьера; обнажено-пустошный - для днища карьера, где встречаются разреженные растительные группировки; обнаженный тип местности - для отвалов, лишенных растительности.
Орловский песчаный карьер. В отличие от предыдущего карьера этот объект еще более асимметричен по структуре парадинамической микрозональности. Здесь главными являются зона техногенной экзарации и зона биоценотического воздействия. Характеристики зоны техногенной экзарации следующие: глубина техногенного выпахивания составляют около Юм, объем добытых пород - превышает 3 млн. м [129]. Чаша карьерной выемки имеет округ-
лую форму. Главным геодинамическим процессом, как и в первом случае, выступают осыпи (рис. 25). Следует отметить, что развиты они не везде и характерны лишь для тех участков бортов, где периодически добывается песок (как правило, местным населением, так как карьер законсервирован).
Рис. 25. Орловский песчаный карьер (фото автора).
Довольно велико значение зоны биоценотического воздействия: днище карьера и периферия активно зарастают стеной растительностью, здесь можно выделить три зоны:
1. Поверхность бортов карьера. Отличается разреженным растительным покровом (куртинами злаков), где нет промоин, осыпей.
2. Днище карьера практически полностью заросло растительностью. В состав фитоценозов входят древесные породы (тополь черный, лох серебристый), и травянистые (полыни - Лерха ( А. 1егсЫапа), пыреи (ползучий др.),) типчак (овсяница степная).
3. Переходная зона между верхней частью борта карьера и окружающей местностью. Здесь встречаются полыни - Лерха ( А. 1егсЫапа) житняки (А§горугоп) гвоздика Борбаша ^¡апйшз ЬогЬаШэ), растительность, типичная для подзоны сухих степей.
Остальные зоны развиты слабо. Причиной этому служат: бестранспортная система разработки вскрышных пород с отсутствием отвалов, целостность гидрогеологических условий, небольшие размеры самого карьера.
В заключении можно сделать следующие выводы:
1. Развитие горнопромышленного ландшафта после снятия горнотехнической нагрузки определяется предшествовавшей системой горных работ, но скорость восстановления зависит от природных условий.
2. В строении нерудных горно-промышленных ландшафтов наибольшее значение имеют зона техногенной экзарации и гравитационно-флювиальная зона (зона техногенной аккумуляции). Зона биоценотического воздействия зависит от природных свойств местности, а также свойств вскрышных и добычных пород, перемещенных на поверхность. Зона микроклиматического воздействия
у«' О /» и V»
практически не различима, что обусловлено небольшой глубинои и широкои формой карьерной выемки.
Глава 4. Геоэкологическая оценка горнопромышленных ареалов
Волгоградской области
При территориальном анализе размещения основных карьерных разработок нерудного строительного сырья нами были выделены семь горнопромышленных ареалов: Жирновский, Себряковский, Камышинский, Фроловский, Донской, Дубовский, Волгоградский, в которых рассмотрено 40 карьеров минерально-строительного сырья (рис. 26).
1[охаевск
1 ¡овошисояфзаат
I Урюгтиск Ново Алексеевская
byiy.iV1
Кнквлдае
ш7
Дашпоака *
СтарауПол! аока
Кшово
9 ■касг-^ Михайлоика V п &
/ Клми-шеискан
Паллясовка /
Одьховка I
Р
Серафимович '
V 20/
Фролове __ -21—21„
г» Николаевск
I • Быково
Калош Я
<4
1Суроинкхш» /—
1 Чернышковсклй^
Илоши _ _
Дубоек» ^ * 30-!*
Городвще^5?УВолжеи1Й ВОЛГОГРАД З^^х Соелш ,Калач-на-Доиу
.VIIг*т '-»^ы»;
\yjlO ч
С'ЗетлыЛ Яр
(п. бутухта л
I Этктпн^^^
Срелняя Аетуба Ленинск
| 11НКЛ *НСКО€
«Дф
ОхтяйрьскпИ
. Когелышковп
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Горнопромышленные ареалы 1, Жирновский П. Камышинский Ш. Себряковский
IV. Фроловский
V. Донской
а. Донская излучина в. Арчсдинско-Доискис пески
VI. Дубовский
VII. Волгоградский
карьеры
Рис. 26. Карьеры горнопромышленных ареалов Волгоградской области (составил автор). Номенклатура карьеров приводится в таблице 18.
Таблица 18
Номенклатура карьеров горнопромышленных ареалов
1. Александровский 11. Себровский 21. Зимовской 31. Яранцевский
2. Овраг Дальний Каменный 12. Камышинский-1 22. Шляховской 32. Орловский-1
3. Андреевский 13. Камышинский-2 23. Липкинский-1 33. Орловский-3
4. Линевский 14. Ельцинский 24. Липкинский 34. Орловский
5. Синегорский-1 15. Арчединский-1 25. Екатериновский 35. Песчаный
6. Синегорский-2 16. Арчединский 26. Оленье -Тюринский 36. Разгуляевский
7. Себряковский 17. Шуруповский 27. «Балка Песчаная» 37. Елыпанский-2
8. Отруба 18. Калининский 28. Дубовский 38. Пионерский
9. Михайловский-1 (мел) 19. Ново -Григорьевский 29. Песковатский 39. Чапурниковский
10. Михайловский-1 (песок) 20. Перекопский 30. Челюскинский 40. Красноармейский-4
При выделении границ ареалов были учтены следующие факторы: во-первых, локализация самих горных выработок; во-вторых, территория ареалов превышает площадь распространения горных выработок, согласно тезису В.К. Жучковой, Э.М. Раковской [54-56], о том, что при выявлении изменений, происходящих под воздействием антропогенной деятельности необходимо изучить ландшафтный фон территории более обширной, чем нарушенные земли; в-третьих, учитывается территориальная целостность природных систем - границы ареалов соответствуют естественным (берега рек и водохранилища) или антропогенным границам (государственные лесополосы); в-четвертых, сохраняется морфологическое единство геосистем, определяемое по геоморфологическим условиям.
4.1. Оценка устойчивости геосистем горнопромышленных ареалов к горнотехническому воздействию Жирновский горнопромышленный ареал расположен в северной части области. В тектоническом плане он приурочен к Жирновско-Линевским дислокациям Доно-Медведицкого вала [79], в геоморфологическом - к двум районам: Медедицким эрозионно-тектоническим Ярам, занимающим правобере-
жье р. Медведицы и Медведицко-Иловлинской бронировано-ярусной гряде, соответствующей левобережной части [137].
Жирновский ареал находится в засушливой агроклиматической области, прохладном агроклиматическом районе [35], гидротермический коэффициент равен 0,7. Тем не менее, ареал обладает благоприятными агроклиматическими условиями: по р. Медведице проходит граница южных черноземов и темнокаш-тановых почв, обладающих довольно высоким плодородием, что способствовало становлению и развитию здесь агропромышленного комплекса. Несмотря на развитие овражно-балочной сети и склоновых типов местностей, степень рас-паханности достигает 65 - 70 %, пашнями заняты не только плакоры, межбалочные водоразделы, но и верховья балок.
Следует отметить, что выделенный ареал характеризуется высокой степенью геогорнотехнической нагрузки. Кроме рассматриваемой ее составляющей представленной карьерными выработками нерудных строительных материалов, ареал выделяется значительными запасами и соответственно добычей углеводородного сырья. На территории расположены Бахметьевское, Жирновское, Линевское, Западно-Линевское нефтегазовые месторождения [26,104].
Плотность населения в пределах ареала невелика (4 чел/км ), население сосредоточено в основном в поселках городского и сельского типа. Здесь же расположен районный центр - г. Жирновск с населением 18,7 тыс. чел, занимающий площадь 8 км2 (рис. 27) [21].
Существующие природные условия оказали влияние на устойчивость геосистем к горнотехническим воздействиям. Согласно расчетам по приведенной ранее методике (п. 1.3.) природная составляющая Жирновского ареала, несмотря на разностороннее хозяйственное использование, характеризуется высокой устойчивостью (табл. 19.). Это во многом объясняется характеристиками природных факторов, особенно ролью агроклиматических условий, способствующих быстрому восстановлению почвенно-растительного покрова.
О 1 2 3 4 5 км
Условные обозначения
поименные леса байрамные леса
нагорные леса луга
о о о |
О О I
садовые участки пески
контуры балочных систем
овраги
пашня
карьеры
населенные пункты
автомобильные дороги
Рис. 27. Схема пространственной структуры Жирновского горнопромышленного ареала (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры V: 1. Александровский, 2. Овраг Дальний Каменный, 3. Андреевский, 4. Линевский (2 участка), 5.Синегорский-2, 6. Синегорский-1.
Таблица 19
Устойчивость Жирновского горнопромышленного ареала к горнотехническому воздействию
№ п/п Наименование факторов Значение Балльная оценка
1 2 3 4
1. Уклоны поверхности 2,5° 14,6
2. Поверхностные отложения песчаник, глины 20
3. Глубина залегания грунтовых вод более 20 м 17
4. Структура экологического каркаса (площадь антропогенной составляющей геосистем) 40% 14
5. Содержание гумуса в почвах 3-4,5% 11
6. Масштабы эрозии почв по потере гумуса в пахотном слое за весь период земледелия 1,61 2,6
7. Гидротермический коэффициент 0,7 5
8. Первичная биологическая продуктивность 13 - 20 т/га 3
Сумма баллов и их интерпретация 87,2 (высокая)
Себряковский горнопромышленный ареал находится в северозападной части Волгоградской области, занимает правобережье р. Медведицы. По верхнему структурному этажу тектонического районирования ареал соответствует Михайловской депрессии юго-восточного склона Воронежской ан-теклизы [27,79]. В рельефе эта тектоническая единица представлена Хоперско-Бузулукской ледниково-эрозионной равниной [133]. Территория прорезана так называемыми логами, спускающимися к долине р. Медведицы.
Согласно агроклиматическому районированию области [35] ареал расположен в засушливой агроклиматической области, теплом агроклиматическом районе, гидротермический коэффициент равен 0,7 - 0,65. Почвы представлены южными черноземами легкосуглинистого механического состава с содержанием гумуса 2 - 3%.
Поскольку рассматриваемая территория располагает выгодным экономико-географическим положением и природно-ресурсным потенциалом, она довольно интенсивно используется. Южные черноземные почвы и благоприятный гидротермический режим способствовали заселению территории и развитию агропромышленного комплекса.
Себряковский ареал включает в себя городскую территорию г. Михай-ловка площадью 5,9 тыс. га (0,06 тыс. км2) с населением 61,9 тыс. чел. [21], п.
л
Себрово, п. Отруба (рис. 28). Плотность населения составляет 10-12 чел/км", что является высоким показателем для области.
и I д т -I < к«
Условные обозначения
ООО
О о
поименные леса байрамные леса пески
садовые участки
лесополосы контуры балочных систем
овраги
■
пашня
■к. ■■■
автомобильные
дороги
железные
дороги . карьеры насоленные
пункты
Рис. 28. Схема пространственной структуры Себряковского горнопромышленного ареала (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры V". 1. Себровский, 2. Михайловский-1 (песок), 3. Себряковский, 4. Михайловский-1 (мел), 5. Отруба.
На устойчивость геосистем, большое влияние оказывает сельскохозяйственное освоение, более 60% выделенного ареала занято сельскохозяйственными угодьями. Несмотря на интенсивное хозяйственное использование территории, она характеризуется средней устойчивостью к горнотехническому воздействию (табл. 20), что объясняется благоприятными физико-географическими условиями.
Таблица 20
Устойчивость Себряковского горнопромышленного ареала
к горнотехническому воздействию
№ Наименование факторов Знамение Балльная
п/п оценка
1 2 3 4
1. Уклоны поверхности 3° 14,6
2. Поверхностные отложения глины 20
3. Глубина залегания грунтовых вод от 0 до 10 м 5,6
4. Структура экологического каркаса (площадь антропогенной составляющей геосистем) 65% 9,3
5. Содержание гумуса в почвах 2-3% 7,3
6. Масштабы эрозии почв по потере гумуса в пахотном слое за весь период земледелия 1,61 2,6
7. Гидротермический коэффициент 0,7-0,65 3,3
8. Первичная биологическая продуктивность 13 - 20 т/га 3
Сумма баллов и их интерпретация 65,7 (средняя)
Камышинский горнопромышленный ареал расположен на правом берегу Волгоградского водохранилища, в его северной части. В тектоническом плане выделенная территория соответствует тектонической единице II порядка - Приволжской моноклинали [79,137]. Приволжская моноклиналь, выделяемая по верхнему структурному этажу, расположена к востоку от Доно-Медведицкого вала и наклонена в сторону Прикаспийской впадины. Геоморфологически ареал расположен в пределах Иловлинско-Волжской пластово-ярусной возвышенности. Поверхностные горные породы представлены рыхлыми песчаными отложениями палеогена, вскрывающимися как в верховьях балок, так и на водоразделах. Уклон территории в среднем до 4° и характер по-
верхностных отложений способствовали формированию здесь овражно-балочного типа местности.
Ареал находится в резко засушливой области теплого агроклиматического района. Количество осадков уменьшается до 175 - 200 мм в год, гидротермический коэффициент до 0,65 - 0,55. Почвы темно-каштановые супесчаные и песчаные с содержанием гумуса 0,8 - 1,5% [35]. Перечисленные условия препятствуют интенсивному сельскохозяйственному освоению по сравнению с ареалами рассмотренными выше. Площадь пашни не превышает 40% территории.
Плотность населения низкая -7-9 чел/км^ (соответствует средне российскому показателю), на территории ареала находится один город, являющийся районным центром - Камышин, с населением 121,1 тыс. чел., площадью 7,8 тыс. га (78 км2) (рис. 29) [21].
Рис. 29. Схема пространственной структуры Камьшшнского горнопромышленного ареала (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры 1. Камышинский-1, 2. Камышинский-2, 3. Ельшанский. Окончание на с. 89.
пойменные леса байрачные леса лески
Условные обозначения посадки сосны лесополосы
Ё5
ООО
ни
садовые участки
контуры балочных систем
овраги
¡О
пашня
автомобильные дороги
карьеры
населенные пункты
Устойчивость ареала к горнотехническому воздействию средняя (табл. 21). Это объясняется усложнением природных условий: сухостью климата, снижением почвенного плодородия, выходом на поверхность песков. Исходя из этого, можно сделать вывод, что увеличение антропогенной нагрузки на ареал не желательно, так как природные условия не способствуют быстрому восстановлению природных комплексов.
Таблица 21
Устойчивость Камышинского горнопромышленного ареала к горнотехническому воздействию
№ п/п Наименование факторов Значение Балльная оценка
1 2 3 4
1. Уклоны поверхности 4° 14,6
2. Поверхностные отложения пески 6,6
О Глубит залегания грунтовых вод от 10 до 20 м 11,3
4. Структура экологического каркаса (площадь антропогенной составляющей геосистем) 4 0% 14
5. Содержание гумуса в почвах 0,8- 1,5% 3,6
6. Масштабы эрозии почв по потере гумуса в пахотном слое за весь период земледелия 0,75 5,3
7. Гидротермический коэффициент 0,65 - 0,55 3,3
8. Первичная биологическая продуктивность 7- 13 т/га 2
Сумма баллов и их интерпретация 60,7 (средняя)
Фроловский горнопромышленный ареал. Рассматриваемая территория в тектоническом отношении расположена на восточном склоне Воронежской антеклизы (тектоническая структура 1 порядка). Приурочена к Доно-Медведицкому валу или дислокациям (тектоническая структура II порядка) [79,137]. В неоген-четвертичное время южная часть Доно-Медведицкого вала
испытала интенсивное поднятие, размах которого составил до 600 м [112]. Благодаря этому на поверхности обнажились карбонатные породы верхнего и среднего карбона. В рельефе эта территория соответствует южной части Доно-Медведицкой гряды, с отметками высот +120, +130 м. Эту часть гряды прорезает долина р. Арчеды, левого притока Медведицы.
Ареал расположен в теплом районе засушливой агроклиматической области. Гидротермический коэффициент, как и в Себряковском ареале, равен 0,7 - 0,65. Темно-капггановые ночвы на плотных породах (известняк) характеризуются содержанием гумуса от 2,5 до 3,5% [35]. Почвенные и климатические условия в совокупности с геоморфологическими (преобладание плакорного и по-логосклонового типов местностей) способствовали развитию здесь сельского хозяйства (рис. 30).
Рис. 30. Схема пространственной структуры Фроловского горнопромышленного ареала (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры 1. Арчединский-1, 2. Арчединский, 3. Шуруповский, 4. Калининский. Окончание на с. 91.
о
2 3 4 5 км
ООО
о о
поименные леса пески
садовые участки
контуры балочных систем
овраги пашня
О
■■я
автомооильные дороги железные дороги
карьеры населенные пункты
Степень распаханности в пределах выделенного ареала составляет около 60%. Учитывая, что здесь расположен районный центр г. Фролово с населением 41,6 тыс. чел, площадью 3,9 тыс. га, 39км2 [21], нарушенная антропогенным воздействием территория достигает 70% от общей площади ареала.
Как показывают расчеты (табл. 22) устойчивость геосистем к горнотехническому воздействию высокая. Это следствие влияния благоприятных природных факторов, в первую очередь высокой биопродуктивности степного раз-нотравия. Однако, полученное числовое значение близко к среднему уровню, это говорит о том, что при увеличении горнодобывающей нагрузки способность к восстановлению может снизиться.
Таблица 22
Устойчивость Фроловского горнопромышленного ареала к горнотехническому воздействию
№ п/п Наименование факторов Значенне Балльная ^оценка
1 2 3 4
1. Уклоны поверхности 0-1,5° 22
2. Поверхностные отложения суглинки 13,3
3. Глубина залегания грунтовых вод более 20 м 17
4. Структура экологического каркаса (площадь антропогенной составляющей геосистем) 60% 9,3
5. Содержание гумуса в почвах 2,5-3,5% 7,3
6. Масштабы эрозии почв по потере гумуса в пахотном слое за весь период земледелия 0,75 5,3
7. Гидротермический коэффициент 0,7 - 0,65 3,3
8. Первичная биологическая продуктивность 7- 13 т/га 2
Сумма баллов и их интерпретация 79,5 (высокая)
Донской горнопромышленный ареал. Согласно тектоническому районированию Донской ареал по верхнему структурному этажу приурочен к Ар-чединско-Донской вершине Доно-Медведицкого вала [27,79], геоморфологически расположен в пределах двух геоморфологических областей - восточной части Восточно-Донской пластово-ярусной гряды и аккумулятивно-деннудационной южной части Приволжской возвышенности [26,137]. Поскольку отличительной особенностью Донского ареала является неоднородность природных условий, целесообразно выделить в нем два района, первый приуроченный к Донской излучине, второй - к Арчединско-Донским пескам.
Донская излучина сформировалась при огибании Доном массива известняков среднего карбона. Эта территория относится к высоко освоенным сельскохозяйственным районам, чему способствует распространение здесь темно-каштановых почв и обилие водных ресурсов. Несмотря на неблагоприятные геоморфологические условия - к Дону раскрываются множество балок и оврагов - распахатшость выделенного ареала достигает 65 - 70%, поля словно вписаны в межбалочные водоразделы (рис. 31).
Рис. 31. Схема пространственной структуры района Донской излучины (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры V*: 1. Перекопский, 2. Ново-Григорьевский. Окончание на с. 93
поименные леса лесополосы
пашня
автомобильные дороги
-Л
контуры балочных . карьеры
систем овраги
населенные пункты
Что касается селитебной нагрузки, то данный ареал относится к самым малонаселенным районам области, плотность населения здесь составляет 2-4 чел. на км2, населенные пункты представлены только поселками сельского типа [26].
Арчединско-Донские бугристые пески (четвертичные аллювиальные отложения) огибают левый берег Дона, занимая междуречье Дона и Арчеды. Для них характерен разреженный растительный покров, почва с низким содержанием гумуса. Населенные пункты на этой территории встречаются редко и представлены поселками сельского типа (рис. 32).
' ••• •-"Л- . ■ • •
__. • -у . _ . ..' ■ ■■ - • ..■•■
км
Рис. 32. Схема пространственной структуры района Арчединско-Донских песков (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры V1 : 1. Липкинский, 2. Липкинский-1, 3. Шляховской, 4. Зимовской. Окончание на с. 94.
бугристые пески
карьеры
I пашня населенные
2 ~ I |;,!3*
автомобильные дороги
пункты
По данным расчетов устойчивость геосистем Донского ареала к горнотехническому воздействию в районе Донской излучины и Арчединско-Донских песков интерпретируются как средняя (табл. 23), хотя дистанция между суммарными показателями баллов составляет 14,8 единиц. Следует отметить, что в районе Донской излучины устойчивость близка к высокому значению, что нельзя сказать о районе Арчединско-Донских песков. Это говорит о хрупкости геосистем, при увеличении антропогенной нагрузки последствия могут быть катастрофичными, но, пока неблагоприятные для хозяйственной деятельности условия способствуют сохранению этого уникального ландшафта
Таблица 23
Устойчивость Донского горнопромышленного ареала к горнотехническому воздействию
№ п/п Наименование факторов Значение Балльная оценка
1 2 3 4
Донская излучина
1. Уклоны поверхности более 5° 7,3
2. Поверхностные отложения известняки, песчаники 20
3. Глубина залегания грунтовых вод более 20 м 17
4. Структура экологического каркаса (площадь антропогенной составляющей геосистем) 35% ]4
5. Содержание гумуса в почвах 2,5-3,5% 7,3
6. Масштабы эрозии почв по потере гумуса в пахотном слое за весь период земледелия 0,75 5,3
7. Гидротермический коэффициент 0,7-0,65 3,3
8. Первичная биологическая продуктивность 7- 13 т/га 2
Сумма баллов и их интерпретация 76,2 (средняя)
Арчедннско-Донские пески
1. Уклоны поверхности 0-1° 22
2. Поверхнос тные отложения пески 6,6
Л э. Глубина залегания грунтовых вод отОдо 10 20 м 5,6
Окончание таблицы 23
4. Структура экологического каркаса (площадь антропогенной составляющей геосистем) 30% 14
5. Содержание гумуса в почвах 0,3 1,2% 3,6
6. Масштабы эрозии почв по потере гумуса в пахотном слое за весь период земледелия 0,75 5,3
7. Гидротермический коэффициент 0,7 - 0,65 3,3
8. Первичная биологическая продуктивность менее 7 т/га 1
Сумма баллов и их интерпретация 61,4 (средняя)
Дубовский горнопромышленный ареал (рис.33) расположен на восточном склоне Приволжской моноклинали, геоморфологически входит в состав Приволжской возвышенности [137]. По сравнению с рассмотренными выше ареалами, здесь отмечается усложнение природных условий, так темно-каштановые почвы сменяются каштановыми, появляются солонцы, увеличивается континенталыюсть.
По агроклиматическому районированию ареал расположен в резко засушливой агроклиматической области, в очень теплом агроклиматическом районе. Гидротермический коэффициент равен 0,6 [35]. Поскольку территория наклонена к Волге, а поверхность сложена рыхлыми супесчано-суглинистыми породами, здесь активны эрозионные процессы, формирующие густую балочную сеть. Все перечисленные факторы усложняют возможность сельскохозяйственного освоения территории, пашни занимают все возможные межбалочные водоразделы, их контуры часто неровные, так как они приспособлены к рисунку эрозионных систем.
0 12 3 4 5 км
ООО О О
байрамные леса садовые участки лесополосы
Условные обозначения контуры балочных
Е
систем овраги пашня
автомобильные дороги
3 карьеры населенные пункты
■■к ■■I
Рас. 33. Схема пространственной структуры Дубовского горнопромышленного ареала (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры V4: 1. Екатериновский, 2. Оленье-Тюринский, 3. Песковатский, 4. Дубов-ский, 5. «Балка Песчаная», 6. Челюскинский, 7. Яранцевский.
Устойчивость Дубовского горнопромышленного ареала интерпретируется как средняя (табл. 24). Учитывая, что степень антропогенной нагрузки здесь несколько ниже, чем в рассмотренных выше ареалах, можно сделать вывод, что на это свойство геосистем решающее влияние оказывают природные факгоры.
Таблица 24
Устойчивость Дубовского горнопромышленного ареала
к горнотехническому воздействию
№ Наименование факторов Значение Балльная
п/п оненка
1 2 3 4
1. Уклоны поверхности 3° 14,6
2. Поверхностные отложения суглинки, супеси, пески 13,3
3. Глубина залегания грунтовых вод от 10 до 20 м 11,3
4. Структура экологического каркаса (площадь антропогенной составляющей геосистем) 22% 14
5. Содержание гумуса в почвах 0,8- 1,5% 3,6
6. Масштабы эрозии почв по потере гумуса в пахотном слое за весь период земледелия 0,75 5,3
7. Гидротермический коэффициент 0,6 3,3
8. Первичная биологическая продуктивность 7-13 т/га 2
Сумма баллов и их интерпретация 67,4 (средняя)
Волгоградский горнопромышленный ареал. Расположен на правобережье Волгоградской излучины, имеющей тектоническое происхождение [26,79], на северной оконечности граничит с Дубовским ареалом. Большая часть Волгоградского ареала в геоморфологическом плане приурочена к восточному склону Приволжской возвышенности, крайний юг соответствует Ер-генинской возвышенности. Уклон поверхности небольшой, в среднем около 2°, при существующих условиях в рыхлых палеогеновых и неогеновых отложениях развита густая сеть балочных систем (рис. 34).
По агроклиматическому районированию Волгоградский ареал, как и Ду-бовский, расположен в резко засушливой агроклиматической области, в очень теплом агроклиматическом районе. Гидротермический коэффициент равен 0,6 [35].
Рис. 34. Схема пространственной структуры Волгоградского горнопромышленного ареала (составлено автором по результатам дешифрирования ДДЗ). Карьеры V4 1. Орловский-], 2. Орловский-3, 3. Латошинский, 4. Орловский, 5. «Песчаный карьер», 6. Разгуляевский, 7. Ельшанский-2, 8. Пионерский, 9. Ча-пурниковский, 10. Красноармейский-4. Окончание нас. 99.
байрачные леса пески
садовые участки лесополосы
контуры балочных
систем
овраги
пашня
автомобильные дороги
■■я
10
железные дороги
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.