горно-промышленный комплекс и горные долины северного

1
УДК;61.3;622.7;591.615
ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС И ГОРНЫЕ ДОЛИНЫ
СЕВЕРНОГО КАВКАЗА. СЛАГАЕМЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ.
Алборов И. Д.
Тедеева Ф.Г.
Цгоев Т.Ф.
Харебов Г.З.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный
технологический университет), Центр геофизических исследований
Владикавказского научного центра РАН и Правительства РСО – Алания
г. Владикавказ
[email protected]
Аннотация.
В статье приведена физико географическая характеристика Фиагдонской
долины Республики Северная Осетия Алания, дается характер проявления
антропогенной нагрузки на экосистему и участие горнопромышленной отрасли
в формировании качество окружающей среды. Характеризуется понятие
горнопромышленная система и даются
факторы,
определяющие ее
экологическое состояние, сформулированы составляющие уровня риска для
территории при добыче полезных ископаемых и дана их классификационная
характеристика.
Ключевые слова: горная долина, горнопромышленная система, антропогенная
нагрузка горной долины, экологическая напряженность, экологический риск.
Горные долины в отрогах гор Кавказа представляют собой специфические
экосистемы, характеризующиеся существенной их изоляцией с точки зрения
распространения водных и воздушных потоков, концентрацией склонового
сноса в тальвегах, мозаичной микроклиматической обстановкой. В последние
годы резко возросла рекреационная привлекательность и ценность горных
2
ландшафтов. Возросшие нервно психологические нагрузки людей вынуждают
их искать места отдыха от бремени урбанизации индустриального образа
жизни(1.Ильин С.А.1993.г.). Красота и величие гор, чистота воздуха, ощущение
монументального могущества гор –все эти факторы приобрели ощутимое
экономическое значение. Горный туризм в ряде стран, в том числе
международный, стал в некоторых странах весьма существенным источником
дохода.
Горнопромышленная система является совокупностью природного и
техногенного
рельефа,
составляющей
экосистемы,
в
которой
происходит естественный оборот реципиентов и комплекс взаимосвязанных
необходимых
объектов
техногенеза
проживающего здесь населения.
для
удовлетворения
Составной частью
потребностей
горно- промышленной
системы является долина , в которой, как правило, протекает река.
Антропогенная нагрузка горной долины определяет степень и характер
загрязнения не только самой долины, но и плоскостных ландшафтов в их
устьевых частях. Современный уровень антропогенной нагрузки на горные
долины
Кавказа достаточно
высок,
распределение
нагрузки
по
разным долинам при этом крайне неравномерно.
Наиболее напряжённая экологическая ситуация сложилась в тех долинах , в
которых недропользование приобрело индустриальный характер, где
функционируют горно-обогатительные комплексы с развитой сетью
автомобильного транспорта и социальная инфраструктура (2. Алборов И.Д.,
Хадзарагов А.П. 1974г. 3.Алборов И.Д., Тедеева Ф.Г. Кантемиров В.В.
Статовая Ю.Г. 2012. ).
К ним следует отнести долины рек: Ардон, Фиагдон (Республика Северная
Осетия - Алания ), Баксан ( Кабардино-Балкарская Республика), Кубань
(Карачаево- Черкесская Республика ).
3
В других долинах более благоприятная экологическая обстановка. В то же
время,
в
самом
ближайшем
будущем
переориентация
горнорудной промышленности с рудного на нерудное сырье связанно с
изменением как технологий производства , так и его географии: намечается
освоение
высокогорных
степных
ландшафтов
подскарновой
зоны в качестве пастбищ , туристического и рекреационного кластера и т.д.
Ожидаемые изменения вызовут дополнительные социально- миграционные
процессы , широкомасштабные
изменения инфраструктуры и в конечном
итоге существенные деформации экологической обстановки в
ряде горных
долин Кавказа и прилегающих к ним предгорных ландшафтов (5. Голик В.И.,
Алборов И.Д. 1997г, )
Анализ выполненных
показывает,
исследований по освоенным горным территориям
что уровень загрязнения окружающей природной среды как
минимум не отвечает требованиям санитарных норм, а в некоторых случаях во
много раз превышает нормативные требования. Поэтому хозяйственное
освоение горно- промышленных территорий требует системного подхода с
использованием деформированных ландшафтов для изучения экологического
состояния,
разработки
научно-обоснованных
мероприятий
по
их
восстановлению или предотвращению дальнейших деградаций компонентов
природной среды, установления границ эффективного использования в
хозяйственных и других целях при перспективном социально-экологическом их
освоении.
Наиболее
адекватным
использованием моделирования
представляется
разных уровней.
системный
подход
с
В качестве объектов
исследований принимаются три горно –промышленные
наиболее высокие
горные системы: долина реки Ардон, долина реки Фиагдон , долина реки
Баксан., а в качестве эталонного объекта выбрана долина реки Фиагдон. Этот
выбор обусловлен как разнообразием сложившегося в
долине природно-
4
техногенного комплекса, так и полных
прогнозируемых в ближайшее время
экономических и социальных изменений, для осуществления которых
необходим учет
сложившийся экологической обстановки и научно-
обоснованный прогноз её развития.
Таким образом, целью исследований является оценка сложившейся
экологической
обстановки
в
результате
промышленных предприятий, разработка
деятельности
горно
–
методики экологической оценки
горных долин при различных моделях дальнейшего развития антропогенной
деятельности
,
интенсивности
научное
обоснование
хозяйственных
регулирования
процессов
в
направления
оптимальном
режиме
и
при
обеспечении экологической безопасности.
Одним из возможных способов оценки экологической напряженности
горнопромышленных
деградации и
регионов, на наш взгляд, мог бы стать уровень
разрушения
горного отвода при добыче и переработке руд
подземным , открытым и комбинированным способами , причем, если принять
площадь
горного
отвода
за
Sг.о.,
площади
занимаемой
техногенной
деятельности человека в рассматриваемой зоне ,а именно : Sа.д – площадь
занимается автодорогами разной категории; Sл.э – площадь занимаемая линией
электропередач с учетом охранной зоны в соответствии с Сан ПиН;
Sп.п. –площадь
некондиционных
отведенная
руд ;
для
складирования
Sх.в. –площадь отведенная
переработки рудного сырья; Sс.с. –площадь
пустых
пород
и
под отходы (хвосты)
отведенная под социальную и
жилищно-коммунальную инфраструктуру ; Sк.л – площадь
занимаемая
карьерной добычей с учетом мульды обрушения; Sв.п. – площадь занимаемая
воронками провала при обвале поверхностных пород над отработанными
камерами и другими горными
выработками и др. Общая площадь
возмущенных ландшафтов складывается из суммы отдельных ее составляющих
5
и, чем больше доля возмущения, тем опаснее уровень деградации природной
среды.
При отношении ∑Sт.д./Sг.о ≤ 0,25 уровень напряжённости оценивается
как допустимый ,при
∑Sт.д./Sг.о.
– экологическая ситуация
= 0,25÷0,5
оценивается как удовлетворительная ,при ∑S′т.д./Sг.о. = 0,5-0,75 – уровень
опасной
напряженности
,
территории
нуждаются
в
серьезных
восстановительных работах, при ∑Sт.д./Sг.о. >0,75 уровень катастрофической
напряженности . Территория не подлежит восстановлению в ближайшие 2030 лет. Такая оценка экологической напряженности территорий
планировать восстановительные
рекультивационные
позволяет
работы на отдельных
участках с тем, чтобы не войти в зону с устойчивой деградацией горного
отвода.
В
настоящее
фактором
в
время
антропогенный
формировании
стремительность
процесс
фаунистических
является
комплексов.
ведущим
При этом
трансформации ландшафта не дает возможность многим
видам адаптироваться к меняющимся условиям. В тоже время широко
ареальные
пластичные виды значительно увеличивают
расширяют ареал. Наблюдается
численность
и
синантропизация некоторых аборигенных
пластичных видов ( куница ,альпийская галька). Эти тенденции,
по-
видимому, будут усиливаться в ходе дальнейшего вовлечение экосистем в
хозяйственный оборот.
Введение
мониторинга растительного и животного мира по своей
периодичности не может осуществляться в режиме мониторинга атмосферы и
геологической среды, но он должен входить в качестве составной части
регионального мониторинга. При этом принципиальное значение имеет
подвижность биосистем в отличие от косных сред.
Наиболее адекватную оценку состояния среды может обеспечить только
«площадной» подход, широко используемый в геологии и в среде других наук
6
о Земле – массовое наблюдение других параметров среды в точках регулярной
сети зависящей от масштаба ( деятельности ) исследований. Обследование
динамики
процессов
обеспечивается
режимом
мониторинга
–системой
повторяющихся во времени и пространстве наблюдений . Взаимосвязь явлений,
процессов устанавливается при систематическом подходе . Результативность
данных выводов опирается на систему контроля сбора данных и лабораторных
исследований литологического контроля и использования соответствующего
аппарата математической статистики. В равной степени отработанны в разных
областях знаний, в том числе
и в экологии основы моделирования разных
уровней. Наиболее приемлемой и достаточно корректной альтернативой
является
разработка
моделей,
опирающихся
на
ограниченный
объем
наблюдений, но достаточно адекватных моделируемому объекту в рамках
требований поставленной задачи( 6. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. 1998г. ).
При этом достоверность моделей будет зависеть от её уровня. Уровень модели,
в свою очередь, определяется качеством и формами имеющихся данных параметров модели. Так, при отсутствии достаточного объема количественной
информации не приемлема машинная реализация модели; в этом случае в
соответствии с поставленной задачей и на основе специального анализа может
быть реализована концептуальная модель (8.Бекжанов Г.Р., Бугаев А.Н.,1987г.),
модель «Основанная на четкой гипотезе, не имеющая в настоящее время
математического решения».
Такая модель состоит
из трех основных свойств: общности, реальности и
точности. Может реализовать два - общность и
реальность - 2-ой
класс
моделей по Левипсу ( 9. Каждан А.Б., Гуськов О.Н., 1990г.), что в ряде случаев
может быть достаточно для решения поставленной задачи. Кроме того, такая
модель может управлять процессом сбора новых данных в дальнейшем,
обеспечивающих возможность
формализованного
подхода и развития
концептуальной (гипотетично- дедуктивной ) модели в структуризованную
модель с машинной реализацией .
7
Первые геологические исследования в долине реки Фиагдон выполнены в 80-х
годах ЦОМГЭ ИМГРС( 10. .Тимошкин Г,А., Беседин Э.И., Никколова Б.С.
1988г.)
Работой охвачена вся территория Северной Осетии, выявлены ареалы
загрязнения
в районах расположения заводов города Владикавказ и
Садонского свинцово- цинкового комбината. В нем отсутствуют данные по
притокам,
расположения точек опробования почв вдоль русла реки
вне
сельскохозяйственных угодий и аграрно-селитебных зон. Таким образом,
имелись данные по общей характеристике загрязнения тяжелыми металлами
донных отложений реки Фиагдон, почв в тальвеговой части долины, грунтов в
районе хвостового хозяйства обогатительной фабрики и данные о химическом
составе реки Фиагдон выше и ниже поселка рудника.
Из анализа имеющихся материалов наиболее реальными и достаточно
адекватными
представляется
моделирования на основе новых
использование
метода
концептуального
описаний и графических построений/8/.
Могут быть формализованы в виде математических моделей отдельные части
подсистемы, характер сведений химических элементов в природных и
техногенных геохимических аномалиях и т.п.
Для этой цели был выбран
эталон
экосистем « Горная долина» по
следующим обстоятельствам :
- долина реки Фиагдон расположена в центральной части горной Осетии
симметрично относительно других долин, что может иметь определяющую
роль в распределении признаков географического характера;
-
параметры реки Фиагдон (расход, протяженность, климатические
факторы) близки к средним для региона;
- геологический разрез по низинам реки наиболее дифференцирован , что
может оказывать влияние на химизм почв и грунтовых вод .
8
В пределах долины сформировался развитый
большой компактности
многокомпонентный
природно- технический комплекс (15.Алборов И.Д.,
Бубнов В.К., Спирин Э.К., Капканщиков А.М. 1994г. ), включающий такие зоны
как:
а) природоохранные: государственный заповедник, заказник;
б)
рекреационные:
климатический
социально-
детский
оздоровительный
санаторий,
филиал
комплекс
турбазы
Хилак,
«Алагир»,
места
неорганизованного отдыха городского населения;
в) горнопромышленные: свинцово– цинковый комбинат,
обогатительная
фабрика, хвостохранилище, участок выщелачивания медных руд, карьеры по
добыче и переработке нерудного сырья ;
г) селитебные: урбанизированные – поселок Фиагдон , агрохозяйственные и
селитебные провинции;
д) лесоохранные и лесотехнические;
е)
агроживотноводческие:
отгонные пастбища, сенокосные угодья,
овцеводческие фермы, свинотоварные и крупного рогатого скота;
ж) линейные : газопровод и автотрасса с асфальтным покрытием с подвижными
источниками загрязнения.
Таким образом, наличие приведенных выше факторов и обстоятельств
определили объект исследования.
Основными источниками загрязнения воздушной среды являются :
асфальтобетонный
завод
в
с.
Дзуарикау.
Выбросы
завода
включают
углеводороды, сажу и пыль;
ареал загрязнения обогатительной фабрики охватывающий около 5500 кв. м,
причем, селитебная зона поселка не задевает негативное влияние;
9
хвостохранилище на площади около 60000 кв. м, с эмиссией тяжелых металлов
техногенного генезиса;
хозяйственная деятельность аулов и др. поселений сезонного характера.
Источниками загрязнения поверхностного стока являются(16.Алборов И.Д.,
Савченко Е.М. 2012г. )/ : хвостохранилище рудника - по тяжелым металлам
( см. характеристику);
п. Фиагдон – по органике ( аммиак ) и СПАВ;
Верхний Фиагдон -
микробиологическим показателям.
Характеристика фиагдонского хвостохранилища
Площадь Объем
Название
техногенного
объекта
Полезные
компоненты
Запасы в тыс. тонн
Гранулометриче
ский состав
хвосты
5,6 га
фиагднской
обогатител
ьной
фабрики
(ФОФ)
Pb – 0,13%
Zn – 0,15%
Au – 0,08 г/т
Ag – 3,55 г/т
Bi – 0,002%
Cd – 0,003%
Fe – 3,73%
SiO2 (кремнезем)
– 57,92%
Са – 6,25%
Mg – 2,15 %
Al – 10,24%
As – 0,06%
Pb – 3,069 тыс. тонн
Zn – 3,573 тыс. тонн
Bi – 0,047 тыс. тонн
Cd – 0,071 тыс. тонн
Fe – 88,85 тыс. тонн
SiO2 (кремнезем) –
1379,8 тыс. тонн
Ca – 148,89 тыс.
тонн
Mg – 51,21 тыс. тонн
Al – 243,94 тыс. тонн
As – 1,42 тыс. тонн
0,63 мм – 1,5%
0,315 мм –
12,5%
0,16 мм –
45,3%
менее 0,16 мм
– 40,7%
2382,3
тыс. т
по
10
Полезные компоненты
Запасы в тыс. тонн
Свинец – 0,16%
свинец – 6,02 тыс. т
Цнк – 0,08%
цинк – 3,01 тыс. т
золото – 0,01 г/т
золото – 37,66 г/т
серебро – 5,13 г/т
серебро – 75,32 г/т
висмут – 0,002 %
висмут – 0,075 тыс. т
кадмий – 0,001%
кадмий – 0,038 тыс. т
железо – 4,52%
железо – 170,22 тыс. т
сера – 2,09%
сера – 78,709 тыс. т
кремнезем – 64,0%
кремнезем – 2410,24 тыс. т
кальций – 0,89%
кальций – 33,5174 тыс. т
магний – 0,60%
магний – 22,596 тыс. т
алюминий – 5,36%
алюминий – 201,85 тыс. т
калий – 2,49%
калий – 93,77 тыс. т
натрий – 0,80%
натрий – 30,12 тыс. т
мышьяк – 0,05%
мышьяк – 1,88 тыс. т
марганец – 0,16%
марганец – 6,02 тыс. т
титан – 0,15%
титан – 5,64 тыс. т
углерод – 1,63%
углерод – 61,38 тыс. т
11
Ареалы тяжелых металлов в донных отложениях упомянутых поверхностных
водотоков
практически отражает аккумулятивный интегральный эффект
загрязнения вод .
Существенное повышения содержания ряда металлов в донных отложениях
ниже хвостохранилища достоверно документирует наложение техногенной
составляющей на природную. Хорошая
корреляция техногенных ареалов в
донных отложениях и в воде позволяет применять эти два метода в комплексе
или взаимно заменяя их. По данным донного опробования можно определить
участки
загрязнения,
на
которых
необходимо
проводить
мониторинг
загрязнения воды методами гидрохимии .
Выводы.
1. В
горных
экосистемах восточного склона Кавказских гор наиболее
индустриально
освоенными
Центральная часть,
в техническом аспекте
включающая Алагирское и Фиагдонское ущелья
(Северная Осетия ) , Баксанское ущелье
Республика),
являются
( Кабардино-Балкарская
Теберда и Домбай (Карачаево- Черкесская Республика).
Здесь идет многолетняя добыча и переработка полиметаллических руд, в
результате чего минеральные частицы техногенного генезиса разносятся
ветровым потоком по всему атмосферному бассейну ущелий, охватывая
предгорные и равнинные зоны.
В горной части региона сосредоточены многотонные объемы отходов
горной отрасли в виде вскрышных пород в объеме более 180 млн тонн ;
хвостов переработки шеелитовых руд в объеме 150 млн тонн, в долине реки
Баксан; 130 тыс. м3 коренных и некондиционных пород и около 6,5млн.
тонн хвостов обогащения свинцово- цинковых руд в долине реки Ардон и
12
Фиагдон; 700 тыс. тонн в Эльбрусском ущелье у истоков реки Кубань и
Теберда;
отходы
обогащения
радиоактивных
месторождения урановых руд (г. Лермонтов)
руд
Быкогорского
Ставропольского края,
способные негативно влиять на все сферы обитания и представляющие
повышенный риск природной среде и человеку.
2. Накопленный продолжительное время ущерб окружающей среде в зоне
деятельности
способствует
техногенных
деградации
образований
окружающей
особенно
среды
и
литосфере,
фрагментальной
изменчивости ландшафтов , приводящих к истощению биоразнообразия
вплоть до исчезновения различных его видов.
3. Создаваемая экологическая обстановка нуждается в оздоровлении путем
принятия
специальных:
технологических
мер
по
организационных,
снижению
технических
экологической
нагрузки
и
на
экосистему горных ландшафтов и восстановления устойчивых форм ее
функционирования.
4. Только системный подход к решению проблем экологии в зоне активной
деятельности добычи геоматериалов может восстановить природное
равновесие, обеспечить гармоничное развитие общества и природы.
Реализация такой концепции возможна при взаимодействии органов
государственной власти через принятия соответствующей нормативной
основы
и науки, путем разработки и внедрения экологически
обоснованных проектных решений.
13
Литература:
1. 1. Ильин С.А.Нагорные карьеры мира.Часть 1 Нагорные карьеры дальнего
зарубежья. М.:ИАЦ ГН,1993.-224с.
2. Алборов И.Д., Хадзарагов А.П. Некоторые исследования по снижению
запыленности воздуха, подаваемого в Архонский рудник. Тр. СКМИ, вып.
XXXIV. Оржоникидзе. 1974.
3.Алборов И.Д., Тедеева Ф.Г. Кантемиров В.В.
Статова Ю.Г. «Состояние
окружающей среды в зоне деятельности хвостохранилища
тырныаузкого
вольфрамо - молибденового комбината». Technologies and Practices in
Underground Mining and Mine Construction. Devin, Bulgaria. October 2012.
pp.122-125.
4.Алборов
И.Д.,
Теблоев
Р.А.
Оценка
воздействия
предприятий
на
окружающую среду и определения уровня экологического риска. Депонирована
в ВИНИТИ.1998.
5. Голик В.И., Алборов И.Д. Проблемы экологии и жизнедеятельности Северо
- Кавказких рудников. Материалы
I-ой Международной конференции
«
Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых».
Новочеркасск. 1997.
6.Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология «Высшая школа» М.1988г. 272 с.
7. Каждан А.Б., Гуськов О.Н. Математические методы в геологии. «Недра»,
М.1990. 251 с.
8. Бекжанов Г.Р., Бугаев А.Н., Лось В.Г. Геологические модели при
прогнозировании ресурсов полезных ископаемых. «Недра», М1987г.140 с.
9. Каждан А.Б., Гуськов О.Н. Математические методы в геологии. «Недра»,
М.1990. 251 с. .
10.Тимошкин Г,А., Беседин Э.И., Никколова Б.С.
Отчёт по эколого-
геохимической оценке состояния окружающей среды санаторно-курортных
зон Северного Кавказа,1988г. 85с.
14
11.Газданов А.И., Ганевская Т.А. Разработка опорной сети литомониторинга
Северо-Осетинского Государственного заповедника г.Владикавказ 1990 г. 120с.
.
12. Алборов И.Д.,
В.И. Голик
Защита окружающей среды при подземной
добыче металлов. Ж. "Безопасность труда в промышленности"1995г
13.Алборов И.Д. Экология промышленного производства. - Владикавказ: Рухс,
1996, - 345с
14.Голик В.И., Пагиев К.Х., Алборов И.Д. и др. Теория и практика добычи и
переработки руд. – Владикавказ: - 498 с.
15.Алборов И.Д.,
Бубнов В.К., Спирин Э.К., Капканщиков А.М.
Теория и
практика добычи полезных ископаемых для комбинированных способов
выщелачивания. – Акмола: 1994. - 465 с.
16.Сурков Ф.А., Кизильштейн Л.Н. Фролов А.В. и др. Охрана природной среды.
Пособие для инженера-эколога. СКНЦВШ. Ростов-Дон. 1992 г., 318 с.
17.Алборов И.Д., Савченко Е.М. «Экологическая катастрофа Фиагдонского
ущелья». Technologies and Practices in Underground Mining and Mine
Construction. Devin, Bulgaria. October 2012. pp.166-120.