авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Эколого-географический анализ и оценка гидроэкологического риска на территории восточного донбасса в связи с реструктуризацией угольной промышленности

на правах рукописи

Гибков Евгений Викторович

ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА

ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА НА ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНОГО

ДОНБАССА В СВЯЗИ С РЕСТРУКТУРИЗАЦИЕЙ УГОЛЬНОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

специальность 25.00.36 – Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Ростов-на-Дону 2011

Работа выполнена на кафедре геоэкологии и прикладной геохимии ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет»

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор, зав. кафедрой геоэкологии и прикладной геохимии Южного Федерального Университета Закруткин Владимир Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук, доцент, зав. кафедрой общей географии, краеведения и туризма Южного Федерального Университета Ивлиева Ольга Васильевна кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник ГУ Гидрохимический институт Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Емельянова Валентина Петровна

Ведущая организация: Институт аридных зон ЮНЦ РАН, г.

Ростов-на-Дону

Защита состоится «27» декабря 2011 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.12 при ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» по адресу: 344090, г.

Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан 27 ноября 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент Т.А. Смагина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Восточный Донбасс располагается на западе Ростовской области и охватывает территории Белокалитвенского, Красносулинского, Октябрьского, Каменского и Родионово-Несветайского административных районов. На протяжении многих лет он является одним из наиболее проблемных в экологическом отношении регионов Российской Федерации. Природный комплекс здесь подвергается интенсивному техногенному воздействию. Основной вклад в осложнение экологической ситуации вносят предприятия угольной промышленности. Начавшаяся в 90-е годы реструктуризация угледобывающей отрасли, основу которой составляет ликвидация нерентабельных шахт, заметно усилила негативные явления.

Ликвидация шахт на территории Восточного Донбасса привела к возникновению и развитию значительного количества негативных последствий.

Основные проблемы связаны с подъемом уровня подземных вод, подтоплением и заболачиванием территории, ухудшением качества воды поверхностных и подземных водных объектов, выделением из выработок токсичных и взрывоопасных газов, активизацией микросейсмических явлений.

Геоэкологические проблемы Восточного Донбасса, в том числе в связи с реструктуризацией угольной промышленности рассматривались многими исследователями (Кушнарев, Хаванский, Приваленко, 1996;

Хаванский и др., 2000;

Закруткин и др., 2000;

Никаноров, Страдомская, Иваник 2002;

Глазовский, Закруткин и др., 2003;

Гавришин, Климова 2003;

Никаноров, 2004;

Приваленко и др. 2004;

Приваленко 2005;

Мохов, 2005;

Федоров, Рылов, 2006;

Гавришин, Корадини, 2009;

Закруткин, Иваник, Гибков, 2010). Вместе с тем, необходимо признать, что изученность состояния речных вод региона до сих пор остается на низком уровне. Хотя среди перечисленных экологических проблем именно ухудшение гидроэкологической обстановки заслуживает особого внимания. Дело в том, что ликвидация выработанных шахт преимущественно «мокрым способом» сопровождается извлечением на дневную поверхность и сбросом в поверхностные водные объекты значительных объемов техногенно измененных подземных (шахтных) вод. По сравнению с исходными, подземными шахтные воды более минерализованы за счет высоких концентраций сульфатов, а также содержат повышенное количество железа, марганца и алюминия. При этом, как выяснилось (Гавришин, 2001;

Мохов, 2005;

Закруткин, Скляренко, Гибков, 2011) наиболее высокой степенью минерализации характеризуются шахтные воды ликвидируемых шахт.

Важно отметить, что наибольшее воздействие испытывают малые реки Восточного Донбасса. Многие из них утратили свои природные функции, происходит массовая гибель зоо- и фитопланктона, стало невозможным использование поверхностных вод не только для питьевых нужд населения, но и водопоя скота, полива и других хозяйственных целей. В этой связи выявление основных источников поступления загрязняющих веществ в реки, оценка степени загрязненности поверхностных водотоков, находящихся под влиянием ликвидированных шахт и районирования территории Восточного Донбасса по степени остроты гидроэкологического риска является задачей первостепенной важности.

Целью работы является выявление пространственно-временных закономерностей изменения гидроэкологической ситуации в Восточном Донбассе в связи с реструктуризацией угледобывающей промышленности.

Поставленная цель предопределила необходимость решения следующих задач:

провести анализ и обобщение данных об основных источниках формирования химического состава речных вод Восточного Донбасса;



дать оценку качества речных вод Восточного Донбасса на современном этапе;

оценить влияние реструктуризации угольной промышленности на современную гидроэкологическую ситуацию в Восточном Донбассе;

дать пространственно-временной анализ гидроэкологического риска на территории Восточного Донбасса в связи с реструктуризацией угольной промышленности.

Объект и предмет исследований. Основными объектами исследований являются реки Восточного Донбасса, испытывающих сильное антропогенное воздействие, в том числе предприятий угледобывающей промышленности. К предмету исследований относится эколого-географический анализ и оценка гидроэкологического риска в связи с ликвидацией нерентабельных угольных шахт.

Научная новизна работы заключается в следующем:

выявлены и систематизированы природные и антропогенные источники формирования химического состава речной воды для всей территории Восточного Донбасса;

определено качество речных вод Восточного Донбасса на современном этапе;

оценено влияние реструктуризации угольной промышленности на гидроэкологическую ситуацию в Восточном Донбассе на современном этапе и за весь период ее проведения;

впервые проведено районирование территории Восточного Донбасса по степени остроты гидроэкологического риска.

Практическая значимость работы. Полученные результаты обеспечивают геоэкологическую оценку и прогноз состояния малых рек в условиях техногенного воздействия при ликвидации нерентабельных шахт и могут служить основой при определении приоритетности водоохранных мероприятий и подготовке программ по оздоровлению окружающей среды в Восточном Донбассе.

Материалы и методы исследований. Фактический материал исследований был получен автором в ходе работ по геоэкологической оценки территории Восточного Донбасса в связи с реструктуризацией угледобывающей промышленности, проводимых на протяжении последних лет коллективом кафедры геоэкологии и прикладной геохимии ЮФУ под руководством профессора В.Е. Закруткина. Наряду с результатами собственных исследований, в диссертации использовались данные Центра социально-экологического мониторинга Восточного Донбасса (г. Шахты) по состоянию речных и шахтных вод. Также в диссертации были обобщены и проанализированы публикации, касающиеся источников формирования химического состава речных вод в регионе, особенностей влияния реструктуризации угледобывающей отрасли на окружающую среду, методик оценки качества речных вод и проведению гидроэкологического районирования.

Статистической обработке подвергнуто 3840 проб речной воды с анализом рН, концентрации растворенного в воде кислорода, главных ионов, сумма ионов (по сухому остатку), концентрации соединений 13 металлов (Feобщ, Al, Be, Co, Cr, Cd, Li, Mn, Cu, Ni, Pb, Sr, Zn), в том числе 40 для выявления фоновых значений химического состава речных вод и 26 для проведения оценки методами биотестирования.

Основой работы являлся системный подход, ориентированный на комплексную оценку объектов исследования. Он был реализован с помощью метода комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям, разработанного сотрудниками Гидрохимического института Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды В.П. Емельяновой и Е.Е.

Лобченко (Методика…, 2004). В сравнении с традиционным показателем загрязнения воды (ИЗВ) данный подход позволяет дать более объективную оценку качества поверхностных вод, поскольку учитывает не только отношение отдельных элементов и соединений к их предельно-допустимым значениям, но и частоту повторяемости ПДК и оценку комплексности загрязнения. Наряду с этим, применялись следующие методы исследований: статистический, картографический, сравнительно-географический и балльных оценок. При составлении картосхем использовались возможности графических пакетов Corel DRAW 13, Golden Surfer 8, Microsoft SQL Server.

Личный вклад автора выразился в непосредственном участии на всех этапах исследований при планировании работ, сборе и обобщении статистической и литературной информации, оценке объемов поступления загрязняющих веществ в речную сеть, оценке влияния реструктуризации на качество речных вод, определении уровня загрязненности рек Восточного Донбасса, составлении карт районирования по степени остроты гидроэкологического риска.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Тема диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.36 «Геоэкология», так как изучение динамики компонентов природного комплекса в условиях антропогенного воздействия в результате реструктуризации угольных шахт входит в круг задач геоэкологии. Проведены исследования по следующим направлениям в отрасли «Науки о Земле»: 1) п.1.8. «Природная среда и геоиндикаторы ее изменения под влиянием урбанизации и хозяйственной деятельности человека», п. 1.9 Оценка состояния, изменения и управления современными ландшафтами, п. 1.13. «Динамика, механизм, факторы и закономерности развития опасных техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности и риска…».





Основные защищаемые положения:

1. Техногенные воды ликвидируемых нерентабельных шахт являются одним из основных источников загрязнения поверхностных вод Восточного Донбасса. Их доля в общем объеме загрязняющих веществ, поступающих в речную сеть, варьирует от 21% в бассейне Северского Донца до 48% в бассейне Тузлова.

2. По степени загрязненности вода рек Восточного Донбасса соответствует 4 и 5 классам – «очень грязная» и «экстремально грязная». При этом реки бассейна р. Тузлов характеризуются наихудшим качеством воды.

3. Реструктуризация угольной промышленности и связанная с ней ликвидация нерентабельных угольных шахт заметно ухудшают и без того напряженную гидроэкологическую обстановку в Восточном Донбассе, в результате чего за последние десять лет произошел переход качества речных вод из класса «грязная» в классы «очень грязная» и «экстремально грязная».

4. В пределах Восточного Донбасса выделены районы, соответствующие четырем уровням гидроэкологического риска – среднему, высокому, очень высокому и экстремально высокому. При этом на большей его части (около 75% территории) отмечается высокий – экстремально высокий риск, а значит и большая вероятность ущерба здоровью населения при использовании речной воды в хозяйственных и питьевых целях.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты исследований докладывались автором на конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород, 2010 г.), на Международной научной конференции «Современные проблемы водной токсикологии (Петрозаводск, 2011 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа» (Грозный, 2011 г.) и публиковались в научных изданиях, рекомендованных ВАКом – «Известия Российской Академии наук. Серия географическая», «Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки». Всего по теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Общим объем составляет 152 страницы. Текст сопровождается 29 рисунками и 36 таблицами. Список использованной литературы включает 154 наименования.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю д.г-м.н., профессору В.Е.

Закруткину за конструктивную критику и помощь в написании работы. В процессе выполнения исследований автор пользовался советами и рекомендациями к.г.н., доцента Д.Ю. Шишкиной, которой автор также выражает свою признательность.

Автор благодарен за консультации сотрудникам Гидрохимического института (ГХИ) Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды к.г.н. В.М. Иваник, д.б.н. Е.Н. Бакаевой и к.х.н. Л.М. Предеиной.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведена характеристика природных условий Восточного Донбасса и их роль в формировании химического состава речных вод.

В геологическом строении на территории Восточного Донбасса выделяются две основные части – северная и южная. Северная часть располагается в наиболее приподнятой части области – Донецком кряже, который соответствует бассейну р. Северский Донец. На данной территории преобладают выходы пород каменноугольного возраста (около 74%). Это в основном песчаники, алевролиты и аргиллиты с прослоями известняка и углей.

Аллювиальные пески неогена составляют 16%, а песчаники палеогенового возраста – 10% от общей площади водосбора.

Южная часть Восточного Донбасса, соответствующая бассейну р. Тузлов, занимает значительно меньшую территорию и характеризуется однородным геологическим строением. Наиболее древними породами, выходящими на поверхность в верховьях рек, являются породы среднего карбона. Выходы каменноугольных пород, представленных преимущественно известняками и песчаниками занимают около 18% площади бассейна р. Тузлов. Наибольшая же площадь (до 60%) занята морскими отложениями неогена (в основном известняки-ракушечники с прослоями песка и глины). Площадь выходов аллювиальных песков неогенового и палеогенового возраста составляет около 22%.

В естественных условиях дренируемые горные породы оказывают, как известно, существенное влияние на формирование химического состава речных вод. С учетом распространенности основных литотипов и их геохимических особенностей были определены средние для каждого из бассейнов содержания макро- и микрокомпонентов в горных породах (табл. 1, 2).

Таблица Среднее содержание основных породообразующих элементов в горных породах бассейнов рек Сев. Донец и Тузлов, г/т (по Логвиненко, 1968) Бассейн SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO2 CO2 Na2O K2O Сев. Донец 52,64 6,52 2,26 17,35 0,84 4,11 14,91 1,00 0, Тузлов 31,15 4,73 2,63 31,71 0,75 2,20 27,80 0,49 0, Таблица Среднее содержание микроэлементов в горных породах бассейнов рек Сев.

Донец и Тузлов, г/т (по Черненко, Зеленщиков, Радеева, 2000) Бассейн Be Cr Cd Co Li Mn Cu Ni Pb Sr Zn Сев.Донец 0,00029 0,0058 0,0016 0,011 0,010 0,31 0,029 0,019 0,013 0,44 0, Тузлов 0,00052 0,0085 0,0018 0,017 0,020 0,57 0,048 0,025 0,012 0,26 0, Как видно из представленных данных, содержание большинства микроэлементов в горных породах бассейна р. Тузлов выше, чем в породах – Северского Донца. Поэтому можно ожидать, что в условиях естественного фона, воды рек бассейна Тузлова будут в большей степени обогащены этими элементами, чем речные воды бассейна Северского Донца.

Геоморфологическое строение Характеризуемая территория расположена в пределах двух геоморфологических провинций (Доно-Донецкая и Азово-Кубанская). В пределах Доно-Донецкой геоморфологической провинции речные долины хорошо разработаны, четко выражены поймы и надпойменные террасы. Все реки здесь являются притоками Северского Донца – Кундрючья, Глубокая, Калитва, Большая Каменка. Их характерными особенностями являются значительная извилистость русел, непостоянная глубина и ширина, а также асимметричное положение берегов. Большинство рек отличается малой водностью, исключением являются реки Калитва и Кундрючья (см. табл. 4).

Азово-Кубанская геоморфологическая провинция, располагается к югу от открытой части Донбасса. Речная сеть представлена р.Тузлов и его притоками – Б.Несветай, Грушевкой с Аютой, Кадамовка (см.табл. 4.) Все реки берут начало на Донецком кряже, имеют субмеридиональное простирание и характеризуются малым расходом воды по данным наблюдательных створов.

В сравнении с бассейном Северского Донца реки Азово-Кубанской геоморфологической провинции в еще большей степени отличаются слабой разбавляющей способностью. Только р. Тузлов можно отнести к водотоку со средним уровнем водности.

Сильная расчлененность местности способствует дренированию горных пород, что может оказать значительное влияние на формирование химического состава рек. При этом особенности рельефа создают условия для формирования рек с малым расходом воды и слабой разбавляющей способностью. В результате этого при сильном антропогенном воздействии может произойти значительное ухудшение качества поверхностных вод.

Климатические условия в пределах изучаемой территории являются достаточно однородными. Среднемноголетнее количество осадков варьирует от 415 мм/год на севере до 450 мм/год на юге, причем около 70 % осадков выпадает в теплый период года в виде ливневых дождей при низкой относительной влажности воздуха (55-60%). Ландшафты обоих речных бассейнов характеризуются недостаточно жарким летом (сумма активных температур 30280). Засушливость климата, определяемая по коэффициенту увлажнения, меняется от 0,41 до 0,46 при более благоприятном значении в южной части территории.

Почвенный покров. Основным типом почв Восточного Донбасса являются черноземы обыкновенные среднемощные, только в северной части указанной территории они сменяются южными черноземами.

Широкомасштабное использование этих земель в сельском хозяйстве способствует развитию процессов эрозии и приводит к увеличению поступления химических веществ в речные воды.

Во второй главе рассматриваются антропогенные источники загрязняющих веществ в речные воды. Поступление веществ в речную сеть связано в основном с сельскохозяйственной деятельностью, коммунально бытовыми и промышленными стоками предприятий, а также ливневым канализационным стоком. Наряду с этим, для Восточного Донбасса характерным источником загрязнения являются техногенные шахтные воды, объемы поступления которых в поверхностные водотоки резко увеличились после начала реструктуризации угледобывающей промышленности.

В ходе исследования была проведена сравнительная оценка двух бассейнов по вкладам отдельных источников в формирование химического состава речных вод. Общие объемы веществ определялись по одинаковому для всех источников набору компонентов (Na, K, Ca, Mg, Fe, SO4, Cl;

Al, Cu, Mn).

При рассмотрении итоговых данных видно (рис. 1), что в пределах двух бассейнов преобладают два основных источника веществ, поступающих в речную сеть – вынос с сельскохозяйственных угодий и техногенные воды ликвидированных угольных шахт. Вклад последних является весьма существенным, особенно в бассейне Тузлова, где на их долю приходится около 50% общего объема загрязняющих веществ.

Рис.1 Структура вкладов основных источников загрязняющих веществ в речную сеть: а) бассейна Сев. Донца;

б) бассейна Тузлова В третьей главе рассматривается современный уровень загрязненности речных вод как отдельными элементами и их соединениями, так и по комплексному показателю – УКИЗВ, который предполагает определение кратности и повторяемости превышения ПДК и оценку комплексности загрязнения.

По итогам комплексной оценки выявлено, что наихудшим качеством отличается вода рек бассейна Тузлова. В створах всех без исключения рек оно оценивается 5-м классом – «экстремально грязная». Из 19 определяемых нормируемых ингредиентов в воде большинства створов 9-12 являются характерными загрязняющими веществами (повторяемость превышений ПДК – 50-100 %), из них 6-9 – критическими (показатели с наиболее высокими значениями ПДК и повторяемостью 80-100%). В число критических входят как макрокомпоненты (сульфаты – во всех створах, ионы натрия и магния – в большинстве створов), так и микрокомпоненты (Feобщ, Al, Mn, Cu).

Вода всех исследуемых рек отличается достаточно высокой комплексностью загрязненности, т.е большим количеством показателей, содержание которых превышает ПДК относительно общего числа нормируемых ингредиентов. Средние значения коэффициента комплексности изменяются в створах рек бассейна Северского Донца в диапазоне 46-56, рек бассейна Тузлова – 44-60.

Несколько ниже загрязненность воды рек бассейна Северского Донца.

Качество воды здесь по результатам комплексной оценки варьирует в пределах от 4-го класса разряда «г» – «очень грязная», реже «б» – «грязная», до 5-го класса – «экстремально грязная».

«Экстремально грязная» вода отмечается на всех створах наблюдений рек Большая Каменка, Кундрючья, Большая Гнилуша, а также в устье р. Калитва, «грязная вода» (разряд «б» 4-го класса) – в верховьях рек Малая Каменка и Быстрая, в устье р.Северский Донец. На всех остальных створах рек бассейна Северского Донца вода характеризуется 4-м классом разряда «б» или «в»

«очень грязная».

Из числа нормируемых ингредиентов здесь также больше половины (9-12) являются характерными загрязняющими веществами. Число же критических показателей загрязнения (КПЗ) несколько меньше, чем в воде рек бассейна р.

Тузлов и составляет обычно 3-6, хотя в воде рек Лихая, Кундрючья, Большая Гнилуша на участках наиболее интенсивно загрязняемых шахтными водами оно достигает 7-8. В их состав, так же, как и в бассейне Тузлова, входят соединения Feобщ, Al, Mn, Cu, из макроэлементов – ионы магния. В большинстве створов характерным критическим показателем загрязнения воды являются сульфаты, в р. Лихая к ним добавляются ионы магния, р. Кундрючья – ионы натрия.

При рассмотрении сезонной динамики химического состава рек Восточного Донбасса отчетливо выделяется сезон весеннего половодья, в период которого для большинства створов характерно минимальное содержание макро- и микрокомпонентов. При этом наилучшим образом сезонная динамика прослеживается в верхних створах малых рек бассейна Тузлова.

Методами биотестирования было проведено исследование токсичности воды с использованием трех тест-объектов: ветвистоусого рачка Daphnia magna, микроводоросли Scenedesmus obliquus и семян редиса Raphanus sativus.

Согласно итоговой оценке, включающей реакции всех тест-объектов, вода рек Восточного Донбасса в большинстве случаев (23 из 26) оказывала угнетающее действие на развитие организмов и растений, что наряду с гидрохимическими данными и свидетельствует о крайне неблагоприятной гидроэкологической ситуации в данном регионе.

В четвертой главе рассматривается влияние реструктуризации угледобывающей промышленности на качество речных вод. Оценка характера и степени изменения загрязненности воды рек под влиянием техногенных вод ликвидируемых шахт выполнялась путем сравнения состояния речной воды в контрольных створах, расположенных ниже «куста» ликвидируемых шахт, с состоянием воды в створах тех же рек, но выше зоны влияния данного источника загрязнения.

На рисунке 2 показаны примеры геохимических спектров техногенных шахтных и речных вод двух бассейнов, которые, как видно, в значительной степени симбатны, то есть повторяют друг друга. При этом спектры воды в створах, находящихся ниже сброса шахтных вод, занимают промежуточное положение на графиках, отражая влияние поступающих в реки техногенных вод. Важно подчеркнуть, что с шахтными водами совпадают не только геохимические спектры воды нижнего, но и верхнего створов. Это свидетельствует о существенном влиянии шахтных вод вообще на гидрохимический состав рек Восточного Донбасса.

Рис.2. Геохимические спектры речных и шахтных вод : а) р. Калитва бассейна Северского Донца, б) р. Кадамовка бассейна Тузлова Кроме того, для оценки влияния реструктуризации угольной промышленности на гидроэкологическую ситуацию в восточном Донбассе проведен сравнительный анализ степени загрязненности речной воды в период, предшествовавший ликвидации шахт (1988-1992 гг.), и на современном этапе (2007-2009 гг.). С этой целью расчет УКИЗВ для двух временных интервалов выполнен по однотипному набору ингредиентов, как макрокомпонентов, так и микроэлементов. Из полученных данных видно (табл. 3), что состояние загрязненности воды рек Восточного Донбасса за период с начала реструктуризации до современного этапа существенно ухудшилось по всем учтенным в комплексной оценке показателям – УКИЗВ, КПЗ, классу качества воды. В целом для Восточного Донбасса гидроэкологическая ситуация ухудшилась на 27%, что в первую очередь связано с ликвидацией угольных шахт способом затопления. Следует особо отметить появление среди критических показателей загрязненности речных вод на современном этапе соединений Feобщ и Mn, являющихся типоморфными элементами шахтных вод этого региона.

Таблица Показатели загрязненности водных объектов накануне ликвидации (в числителе) и в период ликвидации (в знаменателе) шахт Река УКИЗВ Изменение КПЗ Класс качества УКИЗВ, % 4-ый «а» очень грязная SO42-, Cu 6, Б. Каменка (+27,7) 4-ый «г» очень грязная 2 8,74 SO4,Feобщ., Mn, Cu 4-ый «а» грязная 5,20 Cu Калитва (+28,1) 4-ый «г» очень грязная SO42-,Feобщ., Mn, Cu 6, 4-ый «б» грязная 6,57 Cu Быстрая (+19,0) 4-ый «а» очень грязная 7,82 Mn, Cu 4-ый «а» очень грязная SO42-, 6,61 Cu Кундрючья (+45,4) 5-ый экстр. грязная SO42-,Feобщ., Mn, Cu 9, 4-ый «а» очень грязная SO42-, 7,69 Cu Тузлов (+15,2) 5-ый экстр. грязная SO42-,Feобщ., Mn, Cu 8, Однако, анализ изменения качества воды рек в период с 2007 по 2009гг показал, что в бассейне Северского Донца гидроэкологическая ситуация относительно стабилизировалась, о чем свидетельствует незначительное изменении величин УКИЗВ (табл. 4). При этом качество воды всех малых рек, по-прежнему, остается весьма невысоким по степени загрязненности – «очень грязная» и «экстремально грязная». Что касается бассейна Тузлова, то здесь отчетливо проявляется тенденция ухудшения качества воды в малых реках.

При этом наиболее значительное (18,1%) изменение произошло с качеством воды в р.Атюхта. Важно подчеркнуть, что если такая тенденция сохранится в будущем, то в ближайшие 10 лет может произойти радикальное (более 50%) ухудшение качества воды в этой реке. Если рассмотреть гидроэкологическую ситуацию в целом по бассейну, то окажется, что по величине УКИЗВ она ухудшилась на 6,5%. Учитывая незначительные вариации значения водности рек за период исследования, можно говорить, что данные изменения обусловлены увеличением объема поступающих в реки загрязняющих веществ, особенно с техногенными шахтными водами ликвидируемых угольных предприятий. При сохранении такой тенденции можно прогнозировать дальнейшее осложнение гидроэкологической ситуации в пределах этого бассейна.

Таблица Изменение значения величин УКИЗВ и расхода воды в бассейнах Северского Донца и Тузлова в 2007-2009 гг.

Расход воды в створе, м3/с Река Значение УКИЗВ в створах 2007 г. 2009 г 2007 г. 2009 г Бассейн Северского Донца Большая Каменка 5,91 6,19 (+4,7) 2,45 2, Малая Каменка 5,95 5,86 (-1,3) 0,08 0, Калитва 5,38 5,32 (-1,5) 12,26 12, Лихая 6,41 6,77 (+5,6) 0,38 0, Быстрая 6,36 6,26 (-1,7) 1,37 1, Кундрючья 6,89 6,75 (-2,1) 5,38 5, Большая Гнилуша 7,14 7,21 (+1,0) 0,55 0, В среднем для бассейна 6,29 6,32 (+0,7) 3,21 3, Бассейн Тузлова Большой Несветай 6,43 6,97 (+8,3) 0,34 0, Малый Несветай 7,12 7,38 (+4,1) 0,19 0, Грушевка 6,94 7,22 (+3,8) 1,38 1, Аюта 6,54 6,79 (+3,7) 0,40 0, Атюхта 7,18 8,48 (+18,1) 0,12 0, Кадамовка 7,12 7,36 (+3,3) 0,44 0, В среднем для бассейна 6,88 7,36 (+6,5) 0,49 0, Таким образом, реструктуризация угольной промышленности оказывает значительное влияние на формирование химического состава речных вод и изменение гидроэкологической обстановки в регионе. При этом наибольшее влияние прослеживается в бассейне р. Тузлов, где наряду с большими объемами поступающих загрязняющих веществ отмечается более слабая разбавляющая способность речных вод.

В пятой главе проведено районирование территории Восточного Донбасса по степени остроты гидроэкологического риска. Вопросы гидроэкологического состояния территорий, находящихся под влиянием антропогенной деятельности и их районирование рассматривались в работах Н.И. Коронкевича (Коронкевич, Зайцева, Китаев, 1995), С.В. Долгова и Н.Н.

Клюева (Клюев, Долгов, 2001). Геосистемы районов угольных шахт, ликвидированных способом затопления, продолжают испытывать интенсивное негативное воздействие. В этой связи, существует необходимость в опережающей оценке этого опасного воздействия, вызывающего деградацию речных экосистем.

Хозяйственное освоение водосборов, использование их водных ресурсов связано с определенной степенью вероятного ущерба, т.е. гидроэкологического риска. Причем, при одном уровне загрязненности двух рек более тяжелые последствия следует ожидать на речном водосборе с большей плотностью населения.

Для определения приоритетности водоохранных мероприятий актуальна задача ранжирования водосборов рек по степени остроты гидроэкологического риска. При этом следует полагать, что чем больше загрязненность рек и плотность населения в пределах бассейна, тем больше степень вероятного ущерба здоровью населения. Для дифференциации речной сети по степени риска было выделено пять интервалов по уровню загрязненности – от 1 до 5, которые соответствует классам качества воды по результатам комплексной оценки. Для рек Восточного Донбасса характерна «очень высокая» и «экстремально высокая» степень загрязнения, поэтому их водосборам присваивался балл от 4 до 5. При районировании территории по плотности населения использовались критерии, предложенные при комплексной оценке состояния окружающей среды Ростовской области (Экологический атлас…, 2000). В соответствии с ними 1 балл присваивался участкам с минимальной (менее 10 ч/км2) заселенностью, а 5 баллов – наиболее густо (более 70 ч/км2) заселенным участкам (рис. 3).

Итоговый балл, отражающий уровень гидроэкологического риска определялся по формуле: Бр = Б Б, 1 где Б1 – оценка состояния речных вод по УКИЗВ;

Б2 – балльная оценка плотности населения;

Бр – балльная оценка уровня гидроэкологического риска.

Полученные результаты (табл. 5) позволили выделить для Восточного Донбасса территории, соответствующие четырем уровням гидроэкологического риска: экстремально высокому, очень высокому, высокому и среднему.

Экстремально высокий уровень отмечается на территории, расположенной между г. Красный Сулин, г. Новошахтинск, г. Шахты и п. Каменоломни (рис.3). Здесь наибольшая плотность населения (более 70 ч/км2) сочетается с «экстремально высоким» уровнем загрязнения речной воды. Эти факторы определяют наиболее высокую вероятность ущерба при использовании речной воды в хозяйственных и питьевых целях.

Рис.3. Районирование Восточного Донбасса по уровню загрязнения речной воды (а) и плотности населения (б) Очень высокий гидроэкологической риск отмечается в пределах Каменской и Белокалитвенской агломераций, а также вблизи г. Гуково.

Высокий уровень выделяется для центральной части и в районе п. Самбек.

Характерен для большей часть территории Восточного Донбасса и в первую очередь обусловлен высоким уровнем загрязнения речной воды (5-й класс) в его пределах и средней плотностью сельского населения (10-30ч/км2).

Средний уровень риска характерен для северной и юго-западной частей изучаемой территории. В северном секторе отмечается наименьший (4-й класс) уровень загрязнения поверхностных вод, что связано с относительно небольшим количеством объектов угольной промышленности, расположенных в бассейне рек Быстрая и Калитва. Кроме того, в пределах этого участка отсутствуют крупные населенные пункты, что обуславливает относительно низкую плотность населения. Юго-западная часть отличается минимальной (менее 10 ч/км2) плотностью населения в пределах Восточного Донбасса. На территории выделенного участка количество ликвидируемых шахт также невелико, но протекающие по его территории реки сильно загрязнены за счет сбросов шахтных вод в верховьях и среднем течении.

Таблица Показатели гидроэкологического риска для отдельных территорий Восточного Донбасса Суммарный Территории, отвечающие Ранг индекс определенному уровню риска Уровень риска Плотность Уровень населения загрязнения Севернее г. Белая Калитва и г.

2 4 2, Каменск-Шахтинский Средний Юго-Западная часть Восточного Донбасса, п. Родионово 1 5 2, Несветаевкий Центральная часть Восточного Донбасса;

к западу от Высокий 2 5 3, г.Новошахтиска и п.Самбековский Очень Агломерации г.Белая Калитва и г.

4 5 4, высокий Каменск-Шахтинский, Между г. Красный Сулин, Экстремально г.Новошахтинск, г. Шахты, п.

5 5 высокий Каменоломни Рис.4 Районирование Восточного Донбасса по степени остроты гидроэкологического риска Для оценки пространственно-временного изменения гидроэкологического риска в связи с реструктуризацией угольной промышленности было проведено районирование и для периода, предшествующего ликвидации нерентабельных шахт. Естественно, что итоговая карта гидроэкологического риска строилась на основании тех же критериев, что и при оценке современного состояния.

Как видно из сравнения рисунков 4 и 5, ликвидация угольных шахт привела к существенному увеличению уровня гидроэкологического риска в целом для Восточного Донбасса: Это выразилось, прежде всего, в появлении ареалов с экстремально высоким уровнем риска (которые отсутствовали в период до реструктуризации угледобывающей промышленности) и в значительном (с 25 до 55%) увеличении площади с его высоким уровнем.

Важно подчеркнуть, что данные изменения обусловлены существенным ухудшением качества речных вод Восточного Донбасса в связи с увеличением влияния на них техногенных шахтных вод в процессе реструктуризации угольной отрасли.

Рис.5. Районирование Восточного Донбасса по степени остроты гидроэкологического риска для периода, предшествующего реструктуризации Таким образом, результаты оценки состояния загрязненности речных вод Восточного Донбасса достаточно убедительно указывают на необходимость неотложной разработки и реализации соответствующих мероприятий, направленных на снижение негативного влияния техногенных шахтных вод на природную среду. При этом, как свидетельствуют результаты районирования по степени гидроэкологического риска, приоритетного внимания со стороны природоохранных организаций заслуживает по меньшей мере 75% территории Восточного Донбасса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Среди антропогенных источников загрязнения речной сети Восточного Донбасса особого внимания заслуживают высокоминерализованные техногенные воды ликвидируемых шахт. С ними ежегодно поступает в среднем от 180 000 т до 360 000 т макро- и микроэлементов, что составляет соответственно для бассейнов Северского Донца и Тузлова 21 и 48% от общего объема загрязняющих веществ.

2. По степени загрязненности вода рек Восточного Донбасса соответствует 4 (разряды «в» и «г») и 5 классам – «очень грязная» и «экстремально грязная». При этом в бассейне Тузлова отмечается наиболее тяжелая гидроэкологическая ситуация – все без исключения реки относятся к классу качества. В число приоритетных загрязняющих веществ входят как макрокомпоненты (сульфаты, ионы натрия и магния), так и микрокомпоненты (Feобщ, Al, Mn, Cu).

3. При рассмотрении сезонной динамики химического состава рек Восточного Донбасса отчетливо выделяется сезон весеннего половодья, в период которого для большинства створов характерно минимальные значения минерализации, а также относительно низкие содержания макро- и микрокомпонентов. Максимальные значения по большинству показателей отмечаются в период летней и осенней межени. При этом наилучшим образом сезонная динамика прослеживается в верхних створах малых рек бассейна Тузлова.

4. По результатам исследования токсичности воды с использованием методик биотестирования на трех тест-объектах (ветвистоусого рачка Daphnia magna, микроводоросли Scenedesmus obliquus и семян редиса Raphanus sativus) установлено, что вода рек Восточного Донбасса в большинстве случаев (23 из 26) оказывала угнетающее действие на развитие организмов и растений, что свидетельствует о крайне неблагоприятной гидроэкологической ситуации в данном регионе.

5. Реструктуризация угольной промышленности и связанная с ней ликвидация нерентабельных угольных шахт заметно ухудшают и без того напряженную гидроэкологическую обстановку в Восточном Донбассе, в результате чего за последние десять лет произошел переход качества речных вод из класса «грязная» в классы «очень грязная» и «экстремально грязная».

6. Анализ изменения качества воды рек в период с 2007 по 2009гг показал неодинаковую картину для двух речных бассейнов Восточного Донбасса. В бассейне Северского Донца гидроэкологическая ситуация относительно стабилизировалась, хотя качество воды в его малых рек, по-прежнему, остается весьма невысоким по степени загрязненности – «очень грязная» и «экстремально грязная». Что касается бассейна Тузлова, то здесь отчетливо проявляется тенденция ухудшения качества воды в малых реках. В целом по бассейну, то окажется, что по величине УКИЗВ она ухудшилась ориентировочно на 6,5%. При сохранении такой тенденции можно прогнозировать дальнейшее осложнение гидроэкологической ситуации в пределах этого бассейна.

7. В пределах Восточного Донбасса выделены районы, соответствующие четырем уровням гидроэкологического риска – среднему, высокому, очень высокому и экстремально высокому. При этом на большей его части (около 75% территории) отмечается высокий – экстремально высокий риск, а значит и большая вероятность ущерба здоровью населения при использовании речной воды в хозяйственных и питьевых целях.

Сравнительная оценка современного периода и этапа, 8.

предшествующего реструктуризации, по степени остроты гидроэкологического риска, показывает, что ликвидация угольных шахт привела к существенному осложнению ситуации в Восточном Донбассе. Это выразилось, прежде всего, в появлении ареалов с экстремально высоким уровнем риска (которые отсутствовали в период до реструктуризации угледобывающей промышленности) и в значительном (с 25 до 55%) увеличении площади с его высоким уровнем.

Основные публикации по теме диссертации В изданиях, рекомендованных в ВАК:

1. Оценка влияния ликвидируемых шахт Восточного Донбасса на гидрохимический состав малых рек бассейна Северского Донца // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. 2010. № 3. С. 84-87. (Соавторы: Закруткин В.Е., Иваник В.М., Скляров В.В.) 2. Эколого-географический анализ рисков реструктуризации угольной промышленности в Восточном Донбассе // Известия Российской академии наук.

Серия географическая. 2010. № 5. С. 94-102. (Соавторы: Закруткин В.Е., Иваник В.М.) Статьи и тезисы в научных сборниках и трудах конференций:

3. Современные экологические и социально-экономические проблемы Восточного Донбасса / Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. – Белгород, 2010. – С.

255-256. (Соавтор Закруткин В.Е.) 4. Устойчивость ландшафтов как один из факторов формирования экологической ситуации в Восточном Донбассе / Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. – Белгород, 2010. – С. 257-258. (Соавтор Закруткин В.Е.) 5. Реструктуризация угольной промышленности как один из факторов ухудшения гидроэкологической ситуации в Восточном Донбассе / Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. – Белгород, 2010. – С. 259-262. (Соавторы: Закруткин В.Е., Скляров В.В.) 6. О влиянии ликвидируемых шахт на гидрохимические показатели рек Восточного Донбасса / Всероссийская научно-практическая конференции «Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа». – Грозный, 2011. – С. 235-240. (соавторы Закруткин В.Е., Иваник В.М) 7. Количественное определение предельно допустимых нагрузок на агроландшафты / Проблемы геоэкологии, геохимии и геофизики. – Ростов-на Дону. Изд-во ООО «ЦВВР», 2005. – С. 57-62. (Соавторы: В.Е. Закруткин, Д.Ю.

Шишкина) 8. К проблеме нормирования предельно допустимых нагрузок на агроландшафты / Научный альманах Южного федерального округа. Вып. 2.

Ростов-на-Дону. РГУ, 2005. С. 128-134. (Соавторы: В.Е. Закруткин, Д.Ю.

Шишкина) 9. Химический состав и оценка загрязненности шахтных вод ликвидированных шахт Восточного Донбасса / Всероссийская научно-практическая конференции «Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа». – Грозный, 2011. – С. 251-255. (Соавторы: Закруткин В.Е., Скляренко Г.Ю.) 10. Особенности химического состава шахтных вод ликвидированных шахт Восточного Донбасса / Международная научно-практическая конференция, Синтез знаний в естественных науках ЕНИ ПГУ Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование. – Пермь, 2011. – С. 262-264. (Соавторы: Закруткин В.Е., Скляренко Г.Ю.) 11. Токсическое загрязнение водотоков в районе ликвидации шахт Восточного Донбасса «мокрым» способом / Современные проблемы водной токсикологии. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2011. – С.51-54. (Соавторы: Игнатова Н.А., Бакаева Е.Н., Скляров В.В.)

 

Похожие работы:


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.