На современном этапе забота о сохранении природы заключается не только в разработке и соблюдении законодательств об охране Земли и ее недр, лесов и вод, атмосферного воздуха, животного и растительного мира, но и в познании закономерностей причинно-следственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями, происходящими в природной среде. В Документе «Забота о Земле. Стратегия устойчивого существования», подготовленном Международным Союзом охраны природы и природных ресурсов, Программой ООН по охране окружающей среды, Всемирным Фондом Охраны Природы в 1991 г., обосновывается призыв к человечеству органично вписывать свою все возрастающую активность в естественные возможности Земли. Для реализации основных принципов такого устойчивого развития необходима обратная связь о состоянии среды в ответ на каждый шаг человечества. Геоинформационные системы являются инструментом, способным решать такие задачи [3, 5, 6, 7]. Существующие ГИС-технологии позволяют в режиме реального времени уточнять, корректировать и актуализировать текущее состояние окружающей природной среды территории исследования с учетом вновь полученных данных и комплексировать различные виды информации [10]. Такой подход, осуществляемый с использованием ГИС, позволяет эффективно осуществить синтез имеющихся данных и получить новые знания о причинно-следственных связях между хозяйственной деятельностью человека и динамикой состояния окружающей природной среды [6].
Материалы и методы исследования
Предметом данного исследования стало состояние компонентов природной среды до начала деятельности недропользователя, ее устойчивости к техногенному воздействию и прогноз возможных изменений окружающей природной среды под влиянием антропогенной нагрузки для предотвращения, минимизации или ликвидации вредных и нежелательных экологических, и связанных с ними социальных последствий, и сохранения оптимальных условий жизни населения.
Основные решаемые задачи:
– сбор исходной информации о природно-экологическом потенциале;
– определение уровня концентраций загрязняющих веществ;
– выявление зон особой чувствительности территории к предполагаемым воздействиям;
– выявление неблагоприятных природных и техногенных факторов;
– прогноз влияния объектов горно-добывающего предприятия на природную среду [4, 9].
Для решения поставленных задач были проведены полевые и лабораторные исследования компонентов окружающей природной среды, создана геоинформационная система, объединяющая все полученные результаты, проведено геоинформационное моделирование, результатом которого стало выявление экологически ослабленных зон территории и дан прогноз изменения состояния природной среды после ввода предприятия в эксплуатацию [2, 3].
Аналитические работы выполнены в аккредитованных лабораториях.
Полевые изыскания включали комплексные исследования состояния атмосферы, поверхностных и подземных вод, геологических условий, почв, растительности, животного мира, ландшафтов, социально-экономических и медико-биологических условий, физического воздействия и радиационной обстановки и были выполнены в соответствии с регламентирующими документами: СП 11-102-97,СП2.1.5.1059, СанПиН 2.1.7.1287-03, РД52.24.643-2002, МУ 2.6.1.2398-08.
Основным методом оценки экологического состояния компонентов окружающей среды явилось сопоставление с утвержденными гигиеническими нормативами.
Геоинформационно-картографическое моделирование и синтез полевых и лабораторных исследований были проведены на основе лицензионного программного продукта ArcGis 9.2. Для решения гидрологических задач применялись бесплатно распространяемые цифровые модели рельефа SRTM, Aster, а также доступные на территорию исследования космические снимки [5].
Общие сведения об объекте исследования
Талицкий участок расположен на территории Пермского края на землях г. Березники и Усольского района. Климат континентальный. Рельеф сильно расчлененный, территория изрезана оврагами. Растительность – 90 % территории изысканий – смешанный лес. Опасных природных и техногенных процессов в районе не имеется. Территория исследования характеризуется относительно низким техногенным воздействием. На северной границе участка расположены два населенных пункта, проходят автомобильная и железная дороги. В южной части производится добыча нефти на Сибирском месторождении.
Согласно технологической схеме, при производстве хлористого калия из сильвинитов флотационным способом образуются промышленные отходы: галитовые хвосты и шламы. Галитовые отходы в виде кека операции обезвоживания на вакуум-фильтрах направляются на солеотвал. Шламовые отходы сгущаются и направляются в шламохранилище. На горно-обогатительном комплексе предусматривается максимальное повторно-оборотное водоснабжение, исключающее прямоточное поступление сточных вод в поверхностные воды, а также приняты раздельная система водоотведения и система очистки сточных вод. Жидкие отходы производства отводятсяв шламохранилище, из которого рассолы после осветления используются повторно в технологическом процессе.
Результаты исследования и их обсуждения
Инженерно-экологические изыскания выполнялись с учетом наличия и особенностей природных комплексов на исследуемой территории и направления намечаемой деятельности [8, 9]. Был проведен покомпонентный анализ состояния окружающей среды (включающий атмосферный воздух, геологическую среду, водные, почвенные и земельные ресурсы, растительный и животный мир); проведена оценка экологической емкости территории и анализ устойчивости природных экосистем. Исследованы социально-экономические и медико-биологические условия; физическое воздействие и радиационная обстановка. Все материалы полевых и лабораторных работ были внесены в ГИС систему. Первым шагом создания ГИС стало формирование электронной топоосновы территории путем оцифровки крупномасштабных карт. В дальнейшем создавались векторные слои, полученные в ходе выполнения полевых и камеральных работ. Система наполнялась данными по гидрологии, гидрогеологии, геологии. Вносились сведения о почвенных условиях, растительности, животном мире. Выявлялись места несанкционированных свалок мусора, места подтопления территории в результате хозяйственной деятельности. Помимо этого, система наполнялась и результатами камеральной обработки данных.Так, например, площади водосборов и длины поверхностных водотоков, коэффициенты залесенности и заболоченности территории площади изысканийопределялись с использованием инструментов ArcGis, а уклоны водосборных бассейнов рассчитывались по цифровой модели рельефа (рис. 1) с использованием модуля SpatialAnalyst.
Для расчета коэффициента залесенности авторы использовали данные космической съемки (рис. 1).
Изучение состояния растительного покрова, помимо полевых исследований, включало и геоинформационную обработку космоснимков. По результатам дешифрирования данных дистанционного зондирования земли, были выявлены территории с нарушенным и естественным состоянием растительного покрова, рассчитаны площади земель, занимаемые разными видами лесных культур, дешифрируемые по эталонным участкам, определённым в ходе полевых работ.
В пределах исследуемой территории антропогенно нарушенной является небольшая часть, занятая населенными пунктами, садоводческими товариществами и объектами инфраструктуры (ЛЭП, автомобильные и железная дорога), что составляет около 15 % территории. Земли относятся к землям населенных пунктов, промышленности, транспорту и связи, лесному и водному фондам.
Рис. 1. Слева – ЦМР и водосборные бассейны поверхностных водных объектов, справа – космоснимки, доступные на территории исследования
Комплексный анализ возможных неблагоприятных последствий проектируемых мероприятий выполнен путем интеграции материалов компонентных оценок состояния природной среды в едином геоинформационном поле и их синтеза [1]. Результатом этой работы стала карта современного экологического состояния территории исследования (рис. 2). Помимо оценки современного состояния природной среды на ней показаны наиболее уязвимые в экологическом отношении участки территории исследования и очаги прогнозируемого экологического неблагополучия. При анализе учитывались как компонентные ареалы формирующихся экологических ситуаций, так и факторы, способствующие развитию негативных процессов. При строительстве и эксплуатации объекта в числе факторов важнейшее значение для формирования экологической ситуации имеют:
● загрязнение атмосферы, поверхностных и подземных вод;
● изменение геологических условий, в том числе развитие опасных процессов;
● загрязнение почвенного покрова вследствие рассеивания промышленных выбросов, засоления и под влиянием агрохозяйственной деятельности;
● нарушение целостности и изменение видового состава растительного покрова;
● нарушение мест обитания и уничтожение кормовой базы представителей животного мира;
● урбо-селитебная нагрузка, результатом которой является появление стихийных свалок мусора.
Рис. 2. Карта современного экологического состояния территории
В период исследования крупных источников загрязнения природной среды на территориине выявлено. Техногенное воздействие на природные ландшафты оказывают кусты нефтедобывающих скважин Сибирского месторождения, прилегающего к южной границе территории изысканий, и садовые участки, расположенные в северной части территории исследования.
Из природно-антропогенных и антропогенных мероприятий, способных оказывать влияние на естественный ход природных процессов, на территории исследований развиты лесо- и водохозяйственные, добыча полезных ископаемых, урбано-промышленные и коммуникативно-транспортные. Сельскохозяйственная деятельность в настоящий момент не производится.
Заключение
Результатом геоинформационного сопровождения выполнения инженерно-экологических изысканийстал комплексный анализ компонентов окружающей природной среды Талицкого участка Верхнекамского месторождения и аэрокосмогеологических материалов (пространственный анализ данных и геоинформационное моделирование). Составлены покомпонентные карты состояния окружающей природной среды и интегральные карты, полученные на основе их синтеза: ландашафтно-экологического зонирования территории, современного экологического состояния, прогнозируемого воздействия проектируемых объектов на природную среду.
На основе геоинформационного моделирования можно сделать вывод о том, что экологическая уязвимость в границах площади изысканий нарастает в южном направлении, чему способствует общая направленность поверхностно-миграционных процессов и размещение на участке местных водораздельных поверхностей, определяющих перераспределение стока. Данную особенность необходимо учитывать при размещении контрольных участков мониторинга при строительстве и эксплуатации хозяйственных объектов.
Таким образом, выполненные работы показали, что на большей части исследуемой территории атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, грунты, почвы, растительность, животный мир, радиационный фон, шумовое воздействие, ландшафты с экологической точки зрения находятся в удовлетворительном состоянии.
Рецензенты:Валентин А.Г., д.т.н., профессор кафедры геофизики Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь;
Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
Работа поступила в редакцию 29.11.2013.