авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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


Pages:   || 2 | 3 |

Техногенез окружающей среды и мониторинг асбестовского промышленного узла (средний урал)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Захаров Андрей Владимирович

Техногенез окружающей среды и мониторинг АСБЕСТОВСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО УЗЛА

(Средний урал)

Специальность 25.00.36 – «Геоэкология»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург

2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель – кандидат геолого-минералогических наук, доцент Гуман Ольга Михайловна
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Болтыров Владимир Босхаевич кандидат геолого-минералогических наук Макарова Юлия Анатольевна
Ведущая организация – Институт промышленной экологии УрО РАН

Защита состоится 26 декабря 2008 г. в 13:00 на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144 г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд.3326).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «25» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор геолого-минералогических наук А.Б. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост на Среднем Урале урбанизации и индустриализации, сопровождающийся активизацией природных и техногенных процессов, приводит к значительным изменениям окружающей среды. Наиболее интенсивно это проявляется в районах добычи полезных ископаемых на крупных месторождениях, вблизи перерабатывающих комплексов, в том числе и на месторождениях нерудного сырья, где происходит выемка, переработка и размещение значительных объемов горных пород.

В работе рассмотрены закономерности процессов техногенеза, проявляющиеся при разработке месторождений нерудного сырья на Среднем Урале на примере Баженовского месторождения хризотил-асбеста, оценка экологической ситуации и создание картографических моделей изменения компонентов окружающей среды горнорудных комплексов, разработка компьютерных технологий ввода, хранения, обработки и анализа экологической информации с визуализацией её на цифровых моделях. Использование современных информационных технологий построения подобных экологических моделей позволит снизить временные и материальные затраты на решение предприятиями экологических задач.

Наиболее эффективным средством оценки состояния окружающей среды и базой выработки управляющих решений по её реабилитации служит система локального и регионального мониторинга окружающей среды. При этом важно, чтобы она была оперативной, достоверной, увязанной по основным компонентам окружающей среды. Особенности мониторинга в пределах горнорудных комплексов Среднего Урала: мониторинг является многосредным, включает почвы, грунты, поверхностные и подземные воды, атмосферу, растительность и животный мир; объектами наблюдений являются природно-технические системы, преобразующиеся в процессе освоения месторождений; пространственно-временные границы выходят за пределы санитарно-защитных зон и сроки эксплуатации месторождений.

В последние годы проблеме изучения техногенеза и мониторинга окружающей среды уделяется большое внимание. Различным аспектам этой проблемы посвящены работы Г.К. Бондарика, М.П. Герасимова, Г.А. Голодковской, Д.О. Горелика, Р.Э. Дашко, Э.Ф. Емлина, О.В. Зеркаля, Ю.А. Израэля, В.А. Королева, И.И. Косиновой, В.А. Мироненко, Ю.Б. Осипова, Ф.Я. Ровинского, В.Е. Соколова, В.Т. Трофимова, О.Н.Грязнова, О.М. Гуман и многих других ученых.

Основная идея работы. Отражение динамики изменений компонентов окружающей среды через построение и анализ цифровых картографических моделей позволяет достоверно выявить и оценить основные природно-техногенные процессы в зоне влияния предприятия по добыче и переработке нерудного сырья.

Объектом исследования является природно-техническая система Асбестовского промышленного узла в рамках разрабатываемого Баженовского месторождения хризотил-асбеста, являющегося наиболее значимым по своим масштабам на Урале.

Фактический материал. Исходными материалами при решении задач по изучению природно-технической системы (ПТС) и мониторингу окружающей среды Асбестовского промышленного узла явились результаты исследований, полученные лично автором в период обучения в аспирантуре или совместно с сотрудниками кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета в течение 1999 – 2008 г. г. при проведении научно-исследовательских работ; а также материалы инженерно-экологических исследований ООО «Уралгеопроект».

Основные методические разработки реализованы в рамках выполнения госбюджетной темы «Принципы комплексного мониторинга геологической среды горнодобывающих комплексов Урала», № ГР 01200204979 (2002-2004 г.г.) совместно с профессором О.Н. Грязновым, доцентами О.М. Гуман, И.А. Долининой.

Методы исследований. В процессе выполнения исследований широко применялись теоретические обобщения; геоэкологические, гидрогеологические, ландшафтно-геохимические, инженерно-геологические съемки масштабов 1:2000 – 1:50000, аналитические экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях; методы физического и численного моделирования с использованием ГИС-технологий. Все аналитические исследования выполнялись в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам.

Научная новизна работы сводится к следующему:

1. Рассмотрены основные черты процессов техногенеза в пределах природно-технической системы горнопромышленного комплекса Баженовского месторождения хризотил-асбеста.

2. Определены основные факторы негативных природных и техногенных воздействий на окружающую среду в пределах территории горнопромышленного комплекса.

3. Создана компьютерная цифровая картографическая модель изменения компонентов окружающей среды в зоне влияния Баженовского месторождения хризотил-асбеста.

4. Разработана система экологического мониторинга для горнопромышленного комплекса Баженовского месторождения хризотил-асбеста.

Практическая значимость работы. Определен механизм воздействия техногенных факторов на природные компоненты Асбестовского промышленного узла. Полученные в процессе исследований данные состояния окружающей среды определили базовую часть системы экологического мониторинга. Для обработки данных о состоянии окружающей среды разработан алгоритм действий и созданы цифровые картографические модели, которые составляют основу системы экологического мониторинга.

Апробация работы. Основные результаты научных исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (г. Саратов, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Техногенная трансформация геологической среды» (г. Екатеринбург, 2002 г.); Годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения» (г. Москва, 2003 г.,); Толстихинских чтениях (г. Санкт-Петербург, 2004 г.); Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург, 2003 г.); Международной научной конференции «Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики» (г. Москва, 2006 г.); Уральской горно-промышленной декаде (г. Екатеринбург, 2006 г.); Международной научной конференции «Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем» (г. Москва, 2007 г.); научно-практической конференции «Проблемы инженерных изысканий для высотного строительства в Уральском регионе» (г. Екатеринбург. 2007 г.), научных семинарах Института геологии и геофизики и кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе: 9 статей (из них 1 - в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАКа), 5 - материалов конференций и тезисов докладов.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 172 страниц текста, 30 рисунков и 23 таблицы, список литературы включает 158 наименований.

Во введении показаны актуальность исследований, цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1 посвящена анализу состояния проблем изменения окружающей среды при разработке систем мониторинга окружающей среды на локальном и региональном уровнях.

В главе 2 приведена характеристика природно-технической системы Асбестовского промышленного узла, этапы её развития, характеристика техногенных составляющих и природных условий района.

Глава 3 содержит экологическую оценку состояния природной окружающей среды Асбестовского промышленного узла, основанную на классификации техногенных воздействий и выявленных закономерностях изменения компонентов окружающей среды.

В 4 главе приведена характеристика системы экологического мониторинга Асбестовского промышленного узла и базы данных для создания информационной основы системы локального мониторинга, оперативной обработки информации и принятия эффективных управленческих решений.

В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю, кандидату геолого-минералогических наук, доценту О. М. Гуман за постановку темы работы и постоянную помощь в ее выполнении; доктору геолого-минералогических наук, профессору О. Н. Грязнову, доктору геолого-минералогических наук А. Б. Макарову, доктору технических наук, профессору С. Н. Тагильцеву, доктору геолого-минералогических наук, профессору Л. С. Табаксблату за консультации и замечания по существу работы; кандидату геолого-минералогических наук И.А. Долининой, зав. лабораторией Н. Г. Бондаренко, кандидату геолого-минералогических наук В. Н. Довгополому – за помощь в выполнении исследований и оформлении работы. Автор выражает также благодарность всем своим коллегам - преподавателям и сотрудникам кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ за оказанную поддержку, помощь в выполнении работы и ее обсуждении.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Положение 1. В результате взаимодействия природной и техногенной составляющих Асбестовского промышленного узла произошло интенсивное изменение геологической среды и создание природно-технической системы, связанной с добычей и переработкой хризотил-асбеста, которое отражено в комплекте цифровых карт техногенных объектов и компонентов окружающей среды.

Формирование природно-технической системы началось в 1720 г. в связи с изучением и освоением Баженовского месторождения хризотил-асбеста. В итоге объем бурения при разведке месторождения приблизился к 1000000 п.м., площадь карьера составила около 28 км2, отвалов – 31 км2, а городской территории – 20 км2. Составляющими природно-технической системы являются объекты, связанные с добычей хризотил-асбеста (карьер, отвалы, шахтный водоотлив, автотранспортное предприятие) и его переработкой (асбообогатительная фабрика, цех по производству мозаичной плитки). Одновременно воздействие на компоненты окружающей среды оказывают объекты, сопутствующие добыче и переработке: завод по производству ВВ, завод холодного асфальта, ремонтно-механический завод и др. Объекты добычи отличаются огромными площадями, занимающими около 15 % данной природно-технической системы; объекты переработки - наибольшей интенсивностью воздействия на атмосферный воздух. Основные компоненты технической системы показаны на рис.1.

Геологическое строение Баженовского месторождения сложное, что обусловлено его приуроченностью к зоне контакта массивов пироксенитов с плагиогранитами, наложенными процессами гидротермального метаморфизма, превращением первичных пород в лизардитовые, антигоритовые, хризотиловые серпентиниты, тальк-карбонатные, кварц-карбонатные породы с образованием асбеста.

Рис. 1. Схема техногенной нагрузки Асбестовского промышленного узла:

Геологическое строение месторождения определяет минеральный и химический состав отходов добычи и обогащения, а также состав пылевой нагрузки промузла. Для пород месторождения в целом и содержащих асбест характерны повышенные содержания Mg, Ni, Mn, Cr, Cd, Co, Cu, Zn, Cl, B, Ba, Br, Pb, Sb, W, Ag, As. Канцерогенность асбеста определяется содержанием в нем некоторых тяжелых металлов (Ni, Cr и др.).

Подземные грунтовые воды промышленного узла трещинного типа приурочены к Большеуральскому бассейну корово-блоковых вод. Сложность геологического строения обусловила сложность распределения и условий циркуляции подземных вод: на фоне слабоводообильных пород (1-2 л/с при понижении 20-30 м) имеются участки повышенной водообильности, приуроченные к тектоническим нарушениям, дайкам, жилам, зонам контактов с дебитами до 7-14 л/с. Выделяют пять водоносных комплексов: рыхлых покровных отложений, интрузивных пород основного состава, интрузивных пород кислого состава, интрузивных пород ультраосновного состава и связанных с ними метаморфических образований, а также метаморфических и вулканогенных образований девона и силура. В результате осушения карьера вокруг него сформировалась депрессионная воронка площадью около 30 км2.

В районе Асбестовского промузла выделены элювиальные, супераквальные и молодые техногенные ландшафты. Последние занимают более 50 % территории, прилегающей к карьеру (рис. 2). Если техногенные ландшафты формировались по пути поверхностного стока, происходит заболачивание прилегающей к карьеру территории.

Таким образом, в пределах Асбестовского промузла выделение природных факторов носит достаточно условный характер. За период эксплуатации карьера изменились условия поверхностного и подземного стока, состояние пород, которые подвергаются выветриванию и техногенной дезагрегации, природные ландшафты. Взаимодействие природной и техногенной составляющей ПТС отражено на составленных геоинформационных картографических моделях.

Рис. 2. Ландшафтная карта Асбестовского промышленного узла:

Положение 2. Негативное воздействие на окружающую среду, помимо внутреннего разрушения массива, «аккумуляции» и «эрозии» рельефа, выражается в накоплении в её компонентах тяжелых металлов и пылеватых волокнистых частиц асбеста, в результате деятельности горнодобывающих и обогатительных производств, а также крупных отвалов вмещающих пород.

Ранжирование негативного техногенного воздействия от разработки Баженовского месторождения хризотил-асбеста на окружающую среду выполнено на основе разработанной В.Т. Трофимовым, В.А. Королевым и А.С. Герасимовой (1995) классификации техногенных воздействий с учетом загрязнения атмосферного воздуха. В основе классификации лежат природа и механизм воздействия, характер воздействия, его размер, положение в пространстве, обратимость, техногенное влияние, оказываемое тем или иным источником. В типизации учтены «первичные» техногенные воздействия, непосредственно влияющие на основные компоненты окружающей среды.

В процессе функционирования Баженовского месторождения хризотил-асбеста воздействие на окружающую среду оказывается, как правило, комплексно, но, опираясь на данную классификацию, комплексные воздействия всегда могут быть расчленены на отдельные составляющие для их последующего анализа.

В пределах ПТС динамично (в масштабе физического времени) изменяется химический состав почв, поверхностных и подземных вод, снега. Именно эти ингредиенты окружающей среды подвергались детальному исследованию.

Объекты воздействия на атмосферу в пределах Асбестовского промузла включают 570 организованных и неорганизованных источников выброса загрязняющих веществ от 11-ти предприятий, входящих в состав перерабатывающего комплекса Баженовского месторождения. Они выбрасывают в атмосферу 61-загрязняющее вещество, 14 из которых обладают эффектом суммирующего действия.

Основные технологические процессы, приводящие к выбросам загрязняющих веществ в атмосферу и загрязняющие окружающую среду, следующие:

- добыча асбестовой руды открытым способом (бурение скважин, взрывные работы, погрузка горной массы, перемещение горной массы);

- транспортировка пустой породы на отвалы, руды на фабрики и внутрикарьерные склады;

- складирование и хранение вскрышных и вмещающих пород и отходов обогащения;

- обогащение асбестовых руд и получение товарного хризотил-асбеста.

Основные технологические процессы, связанные с работой вспомогательных производств и оказывающие воздействия на атмосферу:

- выплавка чугуна и стали в электродуговых печах, механическая обработка деталей;

- работа котельных;

- загрузка и сушка отходов асбестообогатительных фабрик.

Загрязняющие вещества, образующиеся в процессе добычи и обогащения асбестовых руд, а также при складировании и сушке руды, при складировании и постоянном хранении отходов производства на отвалах: двухкомпонентная пыль, состоящая из волокнистых частиц хризотил-асбеста и зернистых частиц вмещающих пород (взвешенные вещества).

При транспортировке руды и породы в карьере помимо выделения пыли выбрасываются газообразные загрязняющие вещества: диоксид и оксид азота, оксид углерода, сернистый ангидрид, свинец, сажа, углеводороды, мазутная зола.

При изучении снегового покрова Асбестовского промузла выявлено, что содержание пыли в снеговых пробах составляет от 0,5972 до 2,1058 г/л. Максимальные содержания пыли в снеге приурочены к восточному борту карьера. Расчет интенсивности накопления пыли в снежном покрове показывает, что по направлению розы ветров интенсивность накопления взвешенных веществ (пыли) максимальная за период снегонакопления и составляет до 23390 мг/м2. Характеристика химического состава снеговых талых вод приведена в таблице 1.

Таблица 1. Содержание взвешенных веществ и химический состав талой снеговой воды



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.