Экологическое обоснование организации и технологии ведения горно-экологического мониторинга региональных природно-горнотехнических систем на юге Дальнего Востока России

Горная промышленность производит треть всех образующихся в мире отходов, а на Дальнем Востоке ее вклад в загрязнение окружающей среды достигает 60%. В качестве источника загрязнения от деятельности горных предприятий, в литературе чаще всего рассматриваются их отходы, возникающие при эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Территориально-промышленные комплексы или совокупности предприятий разных форм собственности, как правило, осваивают металлогенические объекты более низкого ранга (рудные узлы, рудные и металлогенические зоны), представляющие собой сближенные в пространстве месторождения одного полезного ископаемого, либо их группы. Однако экологические аспекты их работы пока изучены недостаточно. Объекты названного иерархического уровня имеют большие площадные размеры, и их освоение неизбежно сказывается на загрязнении значительных территорий, характер которого более долгосрочный. Несмотря на это, специальной ведомственной системы мониторинга, нацеленного на отслеживание динамики развития данного вида загрязнения, не имеется.

Недостаточное внимание к вопросам организации систем регионального экологического контроля и обоснованию современных принципов и технологий экологического мониторинга как инструмента информационной поддержки, повышения эффективности сохранения биоразнообразия, а также управления природопользованием способствует ухудшению экологической обстановки в горнопромышленных регионах.

Несмотря на многочисленные работы в сфере мониторинга, оценки качества и управления охраной окружающей среды (ОС) (Израэль, 1977, 1984; Бур-дин, 1985; Герасимов, 1989; Реймерс, 1993; Осипов и др., 2001, Певзнер, 1990, Певзнер и др., 2001) проблема регионального мониторинга состояния окружающей среды крупных горнодобывающих территорий не получила достаточной разработки.

Наблюдения, в том или ином объеме, некоторыми существующими службами в горнодобывающих регионах ведутся, однако они выполняются по слабо скоординированным программам, носят преимущественно локальный характер и в основном нацелены на выявление «горячих точек», реже — на изучение закономерностей формирования потоков в разных природных средах.

Для получения надежной и своевременной информации о состоянии природной среды и тех изменениях, которые происходят в ней под воздействием горного производства, а также последующего использования этих данных при разработке комплекса мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов горнопромышленных регионов необходимо создание эффективной системы горно-экологического мониторинга.

Опираясь на представления В. И. Вернадского, А. Е. Ферсмана, М.А. Гла-зовской, А. И. Перельмана, Ю. Е. Саета, Ю. А. Израэля, И. П. Герасимова, Г. Г. Мирзаева, Б. А. Иванова, Э. Ф. Емлина, П. В. Елпатьевского, М. Е. Певзнера, А. Л. Ревзона, Н. Ф. Реймерса, М. А. Пашкевич, а так же дальневосточных ученых Л. Т. Крупской, Б. Г. Саксина, В. П. Зверевой, Б. И. Бурдэ и других, автор попытался обосновать актуальность проблемы и показать необходимость организации специальной подсистемы экологического мониторинга — регионального горно-экологического мониторинга (РГЭМ) для исследования сырьевых территорий.

Объект исследования — региональные природно-горнотехнические системы, сформировавшиеся при отработке сближенных коренных месторождений цветных и редких металлов.

Цель работы. Экологически обосновать организацию и ведение горноэкологического мониторинга региональных природно-горнотехнических систем на юге Дальнего Востока, учитывающего специфику площадного воздействия на компоненты природной среды в процессе освоения месторождений цветных и редких металлов.

Основная научная идея. На основе впервые созданной мелкомасштабной прогнозно-экологической карты природно-горнотехнических систем в районах добычи цветных и редких металлов юга Дальнего Востока России и данных о расположении существующих постов гидрометеонаблюдений предложить эффективный вариант размещения точек регионального горноэкологического мониторинга и определить технологию работ на них исходя из специфики формируемых техногенных геохимических потоков от вовлеченных в эксплуатацию месторождений.

Фактический исходный материал. Опубликованные и созданные в процессе исследования мелкомасштабные тематические карты территории (регистрационные, металлогенические, экологические, топографические, природных условий, расположения существующих постов наблюдений и т. п.) — литературные данные и собственные материалы по специфике возникающих техногенных геохимических потоков в разных природных средах, дальности переноса загрязняющих веществ и их зональности в районах добычи цветных и редких металлов.

Задачи исследования.

— Проанализировать современное состояние региональных мониторинговых исследований на юге Дальнего Востока;

— Выявить закономерности формирования и развития, региональных природно-горнотехнических систем, связанных с эксплуатацией месторождений.

— Разработать принципы постановки первого этапа регионального горноэкологического мониторинга в районах добычи цветных и редких металлов на юге Дальнего Востока;

— Предложить вариант совершенствования технологии проведения региональных мониторинговых исследований (методика, состав и периодичность наблюдений), учитывающий специфику техногенных потоков, формируемых при эксплуатации исследуемого (профилирующего) типа месторождений региона.

Методы исследования. Работа выполнена с использованием следующего комплекса методов: анализ теории и практики мониторинга в районах добычи полезных ископаемыхметаллогенический и минералого-геохимическийтематическое картографированиесистемный анализнатурные наблюдениястатистическая обработка эмпирических данных.

Защищаемые научные положения.

• Мелкомасштабная прогнозно-экологическая карта природно-горнотехнических систем в районах добычи цветных и редких металлов на юге Дальнего Востока является научной основой для разработки технологии проведения специального вида исследований — регионального горно-экологического мониторинга, поскольку она отражает: расположение региональных природно-горнотехнических систем, возникающих при освоении месторождений данного вида минерального сырьяих иерархическую соподчиненность, различия по морфологии, площадным размерам и степени экологического риска освоениявскрывает региональные закономерности техногенного воздействия при этом виде хозяйственной деятельности.

• Разработана технология проведения первого этапа горно-экологического мониторинга, которая учитывает: современное состояние мониторинговых исследований в регионе, специфику формируемых техногенных потоков, плохую транспортную доступность и слабую экологическую изученность территории, а также реальные трудности финансирования работ. Она включает: принципы выбора площадей и размещение на них минимального количества точек наблюдения, обоснование состава и периодичности наблюдений, спектра типоморф-ных химических элементов, характеризующих техногеохимические потоки загрязняющих веществ, а также рекомендуемые среды опробования и виды аналитических исследований.

Личный вклад. Состоит в постановке цели и задач исследования, участии в составлении мелкомасштабной прогнозно-экологической карты природ-но-горнотехнических систем в районах добычи цветных и редких металлов юга.

Дальнего Востока, в полевой заверке зональных явлений, в разработке способа балльной оценки экологического риска освоения месторождений данного сырья, анализе состояния проблемы регионального мониторинга горнодобывающих территорий. Впервые для исследованной территории экологически обоснована необходимость проведения горно-экологического мониторинга и разработаны принципы его постановки в местных условиях (природных, изученно- ' сти, транспортных и т. п.). Для этого выделены конкретные площади и предложен эффективный вариант размещения пунктов наблюдательной сети с обоснованием состава работ на них.

Научная новизна работы:

• Впервые для территории юга Дальнего Востока создана мелкомасштабная прогнозно-экологическая карта природно-горнотехнических систем в районах добычи цветных и редких металлов;

• На этой научной основе впервые:

— доказана необходимость постановки на изученной территории специальных мониторинговых исследований региональных природно-горнотехнических систем;

— обосновано, что существующая Государственная сеть мониторинга недостаточна для контроля динамики развития площадного геохимического загрязнения компонентов окружающей среды, обусловленного освоением рудных объектов ранга рудный узел, рудный район и предложен вариант расположения дополнительных точек наблюдательной сети в пределах площадей, где рекомендована постановка регионального горноэкологического мониторинга;

— разработаны принципы постановки первого этапа регионального горно-экологического мониторинга применительно к экологически недостаточно изученным горнодобывающим территориям Востока России;

— выявлены закономерности формирования региональных природно-горнотехнических систем, учитывающих специфику формирования техногенных потоков при эксплуатации исследуемого типа месторождений, позволившие уточнить методику и состав работ на пунктах горноэкологического мониторинга.

Практическая значимость. Результаты исследований переданы в виде рекомендаций «Региональная оценка экологического риска добычи цветных и редких металлов из эндогенных месторождений Дальнего Востока» в Главное Управление Росприроднадзора по Дальневосточному Федеральному округу и получено одобрение (письмо Росприроднадзора № 4- 10/611 от 26.04.06).

Материалы исследований использовались в учебном процессе ТОГУ (в лекционном курсе по специальностям «Науки о Земле», «Ресурсоведение», «Экологическая оценка территории» и при проведении практических занятий по этим же специальностям) (Справка от 10.10.2008 г. № 6 401/406, заверенная ректором ТОГУ, д.т.н., профессором Иванченко С. Н. и зав. кафедрой «Эр и БЖД», к.т.н., доцентом Майоровой Л.П.).

Апробация работы. Основные результаты исследования были представлены на конференциях и совещаниях различных уровней: Международной научно-технической конференции «Проблемы открытой разработки месторождений полезных ископаемых» (Екатеринбург, 2002) — Первой международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва, 2002) — Международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья» (Чита, 2002) — Международной научной конференции «Регионы нового освоения: состояние, перспективы в начале третьего тысячелетия» (Владивосток-Хабаровск, 2002) — Международной научно-технической конференции «Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом» (Екатеринбург, 2002) — Второй международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва, 2003) — Международной научной конференции «Регионы нового освоения: стратегия развития» (Хабаровск,.

2004), Международной научно-практической конференции «Проблемы комплексного освоения минерального сырья Дальнего Востока» (Хабаровск, 2005), Международной научной конференции «Проблема комплексного освоения георесурсов» (Хабаровск, 2007).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: совпадением реальных ареалов добычи цветных и редких металлов с контурами выделенных РПГТСиспользованием широкого комплекса независимых данных, которые однообразно изучены на всей территорииматериалами натурного изучения техногенных потоковобоснованным использованием методов математической статистикиапробацией результатов на конференциях и международных симпозиумахположительным внедрением результатов исследований.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них в рецензируемых изданиях 5.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю, д.г.-м.н. Саксину Б.Г.и зав. лаб., д.б.н., профессору, Заслуженному экологу РФ Крупской JI.T. за неоценимую помощь, консультации, постоянную поддержку и внимание при подготовке диссертациидиректору Института геологии и природопользования ДВО РАН, д.г.-м.н. Сорокину A.A. за внимание и ценные советы при подготовке диссертациизав. лабораторией ИТИГ ДВО РАН, к.г.-м.н. Бердникову Н. В., а также начальнику химической лаборатории ФГУП «Дальгео физика» Мельникову Н. Г. за помощь и консультации при подготовке раздела диссертацииначальнику ЦГМС ГУ «Хабаровский ЦГМС-РСМЦ» Ивановой Е. Г. и сотрудникам ИГД ДВО РАН к.г.-м.н. Грехневу Н. И., к.т.н. Александровой Т. Н. за внимание, консультации и активное участие в обсуждении и апробации диссертации. и.

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ.

Выводы к главе 4.

• Постановка горно-экологического мониторинга определяется необходимостью получения надежной и своевременной информации о состоянии природной среды и тех изменениях, которые происходят в ней под воздействием горного производства, для последующего использования этих данных при разработке комплекса мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов горнопромышленных регионов.

• В качестве научной основы для разработки технологии проведения первого этапа специального вида исследований — регионального горноэкологического мониторинга принята мелкомасштабная прогнозно-экологическая карта природно-горнотехнических систем в районах добычи цветных и редких металлов на юге Дальнего Востока, составленная по методике ИГД ДВО РАН.

• Составленный документ позволил оптимально, на основе бассейнового принципа, разместить посты по наблюдению за развитием выделенных на ней региональных природно-горнотехнических систем.

• Мелкомасштабная прогнозно-экологическая карта, является также необходимым документом для системной организации исследований состояния почвенного покрова в различных зонах загрязнения на территориально разобщенных объектах добычи минерального сырья ранга рудный район. Это является немаловажным обстоятельством, поскольку площади подобных систем в регионе варьируют от 0,5−103 км2 до 10−103 км2 и значительная часть этой территории, как правило, труднодоступна. Кроме того, использование карты существенно облегчает этап последующей обработки данных. Она поможет оптимизировать решение задачи контроля за состоянием поверхностных вод, а это обстоятельство является немаловажным, учитывая высокую стоимость выполнения мониторинговых исследований.

• Согласно карте существующие стационарные посты (количество которых неуклонно сокращается) Государственного мониторинга размещены не по бассейновому, а по административному принципу деления территории, без учета преобладающих направлений миграции вещества и энергии в местных условиях, а также взаиморасположения изучаемых региональных природно-горнотехнических систем, это не позволяет надежно контролировать динамику их развития и недостаточно учитывает специфику горнорудных районов. Поэтому в качестве элементарной пространственной единицы мониторинга был определен водосборный бассейн соответствующего ранга, в пределах которого территориально сосуществуют природные, в том числе заповедные, ландшафты, а также ландшафты, в разной степени, измененные антропогенной деятельностью.

Сопоставляя взаиморасположение региональных природно-горнотехничес-ких систем и сети существующих пунктов наблюдений Государственного мониторинга, нельзя не заметить, что плотность сети наблюдений, даже если представится возможность её использования при горно-экологическом мониторинге, в ряде мест недостаточна, т.к. не охватывает все главные водотоки, дренирующие ПГТС.

Предлагаемый в этой работе вариант размещения сети только в пределах выделенных природно-горнотехнических систем по долинам дренирующих рек будет осуществляться на основе уже существующей сети. На исследуемой территории выделяются следующие региональные природ-но-горнотехнические системы: Хингано-Баджальская и Приморская провинции, Комсомольско-Баджальская и Уссури-Бикинская области. Площадь.

3 ^.

Хингано-Баджальской провинции составляет 54,375 ¦ 10 км", а Комсомоль.

3 2 ско-Баджальской области 25,000 -10 км. Они дренируются речными системами II-V порядка, главные из которых — Горюн, Хурмули, Силинка, Баджал, Урми, Бира, Хинган. Площадь Приморской провинции — 121,875 • 103 км², а.

3 2.

Уссури-Бикинской области — 64,687 • 10 км. Их дренируют речные системы III-VI порядка: Уссури, Хор, Бикин, Бол. Уссурка, Илистая и др. Дополнительные точки наблюдения предлагается расположить по долинам дренирующих рек, так, чтобы в каждой долине находился хотя бы один пункт наблюдения.

В реально выполняемый в настоящее время состав работ на пунктах наблюдения Государственного мониторинга не входит отбор и анализ проб донных осадков и почвенного покрова, который, учитывая высокую эффективность этого способа изучения техногенных потоков, обязательно проводят при экологических исследованиях районов эксплуатации месторождений минерального сырья. При анализе проб воды не исследуется такой важный для горнорудных районов показатель как химический состав сухого остатка (известно, что в этих районах от 60 до 80% экологически опасных и токсичных элементов переносятся водой не в растворенной, а взвешенной формах — коллоидные и тонкодисперсные частицы).

Практика экологических исследований в горнорудных районах показывает, что на первых этапах оценки достаточно определить масштабы и характер загрязнения поверхностных вод и почв. Организация систематических наблюдений непосредственно за воздушной средой всегда более сложна в исполнении. Поэтому загрязнение воздушного бассейна обычно оценивают косвенно, главным образом по почвам.

Возникновение региональных природно-горнотехнических систем обусловлено, прежде всего, химическим загрязнением почв и поверхностных вод, характер которого определяет как минералого-геохимический состав отрабатываемых месторождений, так и технологические особенности их эксплуатации, в сочетании с местными природными условиями. Поэтому автор остановился на химической составляющей загрязнения, а именно загрязнении тяжелыми металлами.

Разработаная технология проведения первого этапа горно-экологического мониторинга, включает: принципы выбора площадей и размещение на них минимального количества точек наблюдения, обоснование состава и периодичности наблюдений, спектра типоморфных химических элементов, характеризующих техногеохимические потоки загрязняющих веществ, а также рекомендуемые среды опробования и виды аналитических исследований. Реализация предложенного варианта позволит получать сопоставимый и достоверный исходный материал для изучения динамики развития региональных природно-горнотехнических систем территории, использовать эти данные для планирования мероприятий по охране окружающей среды и определения размеров платежей конкретных горных предприятий за загрязнение окружающей среды. Данный вариант послужит основой для последующего совершенствования (для условий региона) горно-экологического мониторинга, отвечающего требованиям существующих инструктивных документов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертационная работа является завершенной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение, задачи, имеющей существенное значение в области геоэкологии:

1. Установлено, что в настоящий момент на юге Дальнего Востока отсутствует объективная оценка влияния на окружающую среду объектов добычи цветных и редких металлов.

2. На примере изученного региона впервые показано, что существующая Государственная сеть мониторинга недостаточна для контроля динамики развития площадного геохимического загрязнения компонентов окружающей среды, связанного с освоением горной промышленностью объектов ранга рудный узел, рудный район;

3. Показано, что существующая региональная наблюдательная сеть не решает задачу контроля РПГТС и не всегда соответствует своему назначению — перехвату потока загрязненных веществ.

4. Разработаны принципы постановки первого этапа РГЭМ, учитывающие специфику ПГТС данного уровня, которые сформировались при эксплуатации месторождений цветных и редких металлов на юге Дальнего Востока.

5. Предложено в качестве научной основы РГЭМ принять мелкомасштабную прогнозно-экологическую карту районов добычи цветных и редких металлов, составленную по методике ИГД ДВО РАН, на которой показаны: существующие и возможные в будущем РПГТС, в пределах которых целесообразно проводить более детальные и более трудоемкие научные исследования с целью оценки экологического риска их освоенияпредлагаемый вариант размещения сети только в пределах выделенных ПГТС по долинам дренирующих рек.,.

6. Реализация предложенного варианта позволит получать сопоставимый и достоверный исходный материал для изучения динамики развития РПГТС территории, использовать эти данные для планирования мероприятий по охране окружающей среды и определения размеров платежей конкретных горных предприятий за загрязнение окружающей среды. Данный вариант послужит основой для последующего совершенствования (для условий региона) ГЭМ, отвечающего требованиям существующих инструктивных документов.

7. Результаты исследований переданы в виде рекомендаций «Региональная оценка экологического риска добычи цветных и редких металлов из эндогенных месторождений Дальнего Востока» в Главное Управление Роспри-роднадзора по Дальневосточному Федеральному округу и получили одобрение. Материалы исследований использовались в учебном процессе ТОГУ (в лекционном курсе по специальностям «Науки о Земле», «Ресурсоведе-ние», «Экологическая оценка территории» и при проведении практических занятий по этим же специальностям).