Прогнозирование ущерба земельным ресурсам при разработке карьеров песчано-гравийной смеси Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

создание малоотходных технологий при отработке алмазных месторождений, учитывающих экологические аспекты данной проблемы. При принятии решения о месте захоронения жидких отходов горного производства необходимо сделать обоснованный выбор из множества альтернативных вариантов, а также учесть особенности мерзлотно-геологических условий, в которых осуществляется процесс утилизации. Выполненные расчеты с использованием численного моделирования по программе «MODFLOW» показали, что закачка промстоков рудника «Интернациональный» в структуры Западного разлома, расположенного на расстоянии менее 3 км от карьера, позволит значительно сократить объемы строительно-монтажных работ и их стоимость, однако существенно увеличит водоприток к дренажной системе рудника за счет возврата закачиваемых вод к подземному дренажному контуру.

Гидрогеологическая изученность структуры Западного разлома в настоящее время не позволяет принять однозначное решение о возможности закачки всех 950 м3/ч сточных вод. Считается целесообразным на первом этапе осушения дренажные рассолы утилизировать на полигоне Западного разлома. В данный период будут конкретизированы приемистость скважин, режим осушения и обратной закачки. Существующий в настоящее время прогноз позволяет считать, что структура разломной зоны обеспечит отработку запасов блока № 2. Если приемистость закачных скважин окажется значительно меньше, то возникнет необходимость утилизировать избыток стоков на другом участке (например, на полигоне захоронения за Центральным разломом). Поэтому приемистость закачных скважин и режим обратной закачки на полигоне Западного разлома будут конкретизированы на первом этапе осушения месторождения трубки «Интернациональной».

Библиографический список

1. Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеоло- промышленных стоков в криолитозоне (на примере Якутской гия алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: части Сибирской платформы). Якутск: Изд-во СВФУ, 2011. Изд-во ИГТУ, 2008. 507 с. 416 с.

2. Дроздов А.В. Природные и техноприродные резервуары

УДК 504: 622.2 (64.066.4)

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УЩЕРБА ЗЕМЕЛЬНЫМ РЕСУРСАМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КАРЬЕРОВ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНОЙ СМЕСИ

© С.В. Иванова1, О.В.Тюкалова2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены практические аспекты расчета прогнозного эколого-экономического ущерба земельным ресурсам при разработке карьеров Иркутного месторождения песчано-гравийной смеси в Иркутской области. Для сравнения экологического ущерба при эксплуатации карьеров с различной производительностью и сроками отработки предлагается использовать показатель удельного ущерба в расчете на единицу добытого полезного ископаемого.

Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 9 назв.

Ключевые слова: земельные ресурсы; экологический ущерб; оценка ущерба; песчано-гравийная смесь; карьеры.

PREDICTION OF LAND RESOURCE DAMAGE UNDER OPENCAST MINING OF SAND AND GRAVEL MIX S.V. Ivanova, O.V.Tyukalova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article deals with the practical aspects of calculating the expected environmental and economic damage to land resources when opencast mining the sand and gravel mix from the Irkut deposit in the Irkutsk region. It is proposed to use the index of specific damage per unit of the mined mineral to compare the environmental damage caused by the operation of the opencast mines of different performance and mining periods. 1 figure. 3 tables. 9 sources.

Key words: land resources; environmental damage; damage assessment; sand and gravel mix; opencast mines.

1Иванова Светлана Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405106, е-mail: bgd@istu.irk.ru

Ivanova Svetlana, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: (3952) 405106, e-mail: bgd@istu.irk.ru

Тюкалова Ольга Васильевна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института технологии обогащения минерального сырья, тел.: 89149597587, е-mail: olgaburlak1@yandex.ru

Tyukalova Olga, Candidate of Chemistry, Senior Researcher of the Institute of Technology of Mineral Raw Material Concentration, tel.: 89149597587, e-mail: olgaburlak1@yandex.ru

Темпы развития строительной отрасли в Иркутской области постоянно увеличиваются, что обуславливает устойчивый рост потребности в строительных материалах, в том числе песчано-гравийной смеси (ПГС). Добыча ПГС производится посредством открытой разработки малых карьеров, как правило, в непосредственной близости от промышленных городов области или других населенных пунктов, где имеются крупные строительные площадки.

Известно, что техногенные изменения в окружающей природной среде при разработке месторождений полезных ископаемых обладают большой инерционностью и продолжаются после завершения горных работ. Наибольшему воздействию подвергаются недра и земли, поэтому при выборе количества и производственной мощности карьеров стройматериалов в том или ином районе должно учитываться не только местоположение потребителей минерального сырья, но и снижение экологического ущерба от нарушений земной поверхности [1]. Вместе с тем, имеются определенные трудности получения достоверных оценок этого показателя. В связи с отсутствием единой теоретической основы при расчете экологического ущерба применяются разные методические подходы, действующие методики несовершенны, целый ряд вредных воздействий на отдельные компоненты природы не оценивается [2, 3].

В настоящей работе предпринята попытка оценить эколого-экономический ущерб земельным ресурсам при разработке карьеров песчано-гравийной смеси и определить соотношение экологического ущерба и экономической эффективности процесса добычи ПГС различных участков Иркутного месторождения.

Иркутное месторождение ПГС, расположенное в

ления основной деятельности строительных и транспортных предприятий в г.Иркутске и Шелехове.

В геологическом строении недр Иркутного месторождения принимают участие четвертичные аллювиальные отложения надпойменной террасы реки Иркут, подстилают их разрушенные песчаники юры. Полезная толща представлена пластообразной залежью валунно-песчано-гравийных отложений. Средняя мощность полезного ископаемого составляет 4-7 м. Песчано-гравийный материал состоит в среднем из 60% гравия и 40% песка. Вскрышные породы мощностью до 2 м представлены почвенно-растительным слоем, суглинками, супесями, иловатыми песками.

Гидрогеологические условия месторождения характеризуются наличием безнапорного водоносного горизонта, водовмещающими породами которого являются в основном песчано-гравийные отложения. В целом месторождение характеризуется благоприятными горнотехническими, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями эксплуатации, что позволяет организовать его разработку открытым способом.

В 2011-2012 гг. в районе Иркутного месторождения начата эксплуатация четырех карьеров ПГС (рисунок), которые характеризуются различной площадью (от 7,8 до 23,4 га) и объемами добычи полезного ископаемого (от 80 до 350 тыс. т/год). Планируемый срок эксплуатации карьеров от 5,5 до 19 лет. Все карьеры находятся в нескольких километрах от реки Иркут вне границ водоохраной зоны и характеризуются высоким уровнем грунтовых вод. В связи с этим, после отработки балансовых запасов предусматривается водохозяйственное направление рекультивации с образованием искусственных водоемов.

Карта-схема расположения карьеров

пойме реки Иркут в Шелеховском районе Иркутской области, в настоящее время относится к числу активно эксплуатируемых. Основная часть поймы представлена лугом. Месторождение представляет собой крупную устойчивую залежь выдержанного размера с устойчивым качеством полезного ископаемого. Его разработка является жизненно важной для осуществ-

ПГС Иркутного месторождения

Горно-геологические условия залегания Иркутного месторождения ПГС определили применение транспортной системы разработки всех карьеров с перемещением вскрышных пород в отвалы бульдозером и частично автотранспортом. Перед проведением вскрышных работ производится снятие плодородного слоя. Выемка песчано-гравийной смеси осуществля-

ется экскаватором типа обратная лопата с погрузкой в автосамосвалы. Работы по рекультивации планируется выполнять по транспортной схеме, а планировочные работы - бульдозером. На карьерах используется различное горно-транспортное оборудование.

В пойме р.Иркут на территории разрабатываемого месторождения и прилегающих к нему районов наиболее распространены болотные и луговые почвы. Пойменные луга в районе разработки Иркутного месторождения ранее имели сельскохозяйственное назначение и использовались для выпаса крупного рогатого скота.

Экологический ущерб земельным ресурсам при эксплуатации карьеров обусловлен, прежде всего, ликвидацией почвенного слоя, изменением природного ландшафта и уничтожением экосистем, существующих на площади разрабатываемых участков. Появление техногенного рельефа, который характеризуется наличием выработок, искусственных насыпей и различных инженерных сооружений, приводит к полной ликвидации растительности, перемешиванию ли-тологических слоев и изменению уровня грунтовых вод. Кроме этого, техногенный ландшафт подвержен водной и ветровой эрозии. В перспективе, после отработки запасов и проведения технического этапа рекультивации, не исключена вероятность формирования оврагов и осыпающихся берегов.

Размеры зоны распространения косвенного воздействия на земли в районе месторождения значительно превышают размеры зоны локализации прямо-

Упрд. = Нс х S х Кэ х Кп

(2)

где Упрд. - величина предотвращенного в результате природоохранной деятельности ущерба от деградации почв и земель на рассматриваемой территории за отчетный период времени, тыс. руб/год; Б - площадь почв и земель, сохраненная от деградации за отчетный период времени в результате проведенных природоохранных мероприятий, га; Нс - нормативная стоимость земель, тыс.руб./га; Кэ - коэффициент экологической ситуации территории (для Восточной Сибири Кэ=1,1); Кп - коэффициент для особо охраняемых территорий(для территорий в районе разработки изучаемого месторождения Кп=1).

Нормативная (кадастровая) стоимость земель (Нс) сельскохозяйственного назначения, по данным Управления Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Иркутской области, в Шелеховском районе в 2011 году составила 18256 руб/га [6].

Площадь земель, сохраненных от деградации (Б), для каждого карьера рассчитывали как разность между площадью участка в границах лицензии и площадью искусственного водоема на его месте после рекультивации. На основании утвержденных проектов разработки карьеров можно предполагать, что предотвращенный ущерб земельным ресурсам будет иметь место только после рекультивации участков Изосимов-1 и Изосимов-2. Данные расчета представлены в табл. 1.

Таблица 1

Прогнозная оценка эколого-экономического ущерба от деградации земельных ресурсов в границах

контуров карьеров после завершения эксплуатации

Прямой ущерб от де- Ущерб земельным ресурсам, Удельный ущерб от дегра-

Карьер градации земельных предотвращенный в результа- дации земельных ресурсов,

ресурсов, тыс.руб. те рекультивации, тыс.руб. руб./1 тыс. т ПГС

Иркутный 2 781,82 - 1 325

Шелеховский 4 172,73 - 2 745

Изосимов 1 1 212,58 20,08 2 204

Изосимов 2 2 318,18 52,21 1 783

го воздействия. Осаждение пыли и химических соединений из выбросов в атмосферу, а также продуктов ветровой и водной эрозии неизбежно приводит к ухудшению качества сельскохозяйственных земель, снижению продуктивности животноводства.

Таким образом, общая эколого-экономическая оценка ущерба земельным ресурсам в результате эксплуатации карьеров ПГС Иркутного месторождения может быть рассчитана по формуле

Уобщ = Уд + Ух, (1)

где Уд - размер прямого ущерба от деградации почв и земель в границах лицензии карьера; Ух - размер ущерба от деградации земель за контурами карьера вследствие их загрязнения вредными химическими веществами.

Оценка величины предотвращенного в результате рекультивации ущерба от деградации почв и земель проводится по методике[4] по формуле

Размер прямого ущерба (Уд) определяли для каждого контура деградированных почв и земель по методике [5] по формуле

Уд = Нс х Sд х Кэ х Кс х Кп + Дх х Sд х Кв, (3)

где Дх - годовой доход с единицы площади, тыс. руб./га; Sд - площадь деградированных почв и земель, га; Кв - коэффициент пересчета в зависимости от периода времени по восстановлению деградированных почв и земель; Кс - коэффициент пересчета в зависимости от изменения степени деградации почв и земель.

При расчете принимали, что площадь полностью деградированной земли ^д) равна площади искусственного водоема, созданного после рекультивации; Кв=10 при времени по восстановлению деградированных почв от 31 года и более, Кс=1 при полной деградации земли.

Годовой доход (Дх) для сельского хозяйства с одного гектара пойменных лугов в районе Иркутного месторождения рассчитывали исходя из региональных усредненных показателей для лесостепной зоны: суточная потребность в кормах - 0,7 ц зеленой массы на корову, средняя продуктивность травостоя лугов - 50 ц/га, продолжительность выпаса скота - 129 дней (с 10 мая по 15 сентября). Таким образом, на одну голову КРС в среднем приходится 1,8 га пастбищных земель.

По данным Министерства сельского хозяйства Иркутской области [7], в 2012 г. надой на 1 фуражную корову составил 4102 кг молока (4217 л при плотности молока 1028,3 кг/м3). Отсюда, средняя продуктивность дойных коров (при периоде лактации 305 дней) - 13,8 л молока в день. Закупочная цена молока в области в 2011-2012 гг. держалась на уровне 16 руб/л, следовательно, годовой доход для молочного животноводства в лесостепной зоне области в среднем составил 15824 руб/га.

Согласно методике [5], размер ущерба земельным ресурсам напрямую зависит от площади нарушенной территории. При этом не учитывается, в течение какого времени эти нарушения были произведены и в каком объеме. Для сопоставимости полученных данных для разных карьеров, имеющих различные сроки эксплуатации и объемы добычи полезного ископаемого, наряду с абсолютными показателями были определены удельные показатели ущерба земельным ресурсам (табл. 1).

Как показали расчеты, на разных карьерах даже в пределах одного месторождения удельный ущерб от деградации земельных ресурсов в расчете на тонну добытого полезного ископаемого может различаться более чем в 2 раза. При этом наименьшей величиной удельного ущерба земельным ресурсам в расчете на тонну добытого полезного ископаемого отличается карьер Иркутный, который характеризуется самой высокой производительностью и относительно коротким сроком эксплуатации. Наибольший экологический ущерб, по нашим данным, будет получен при отработке Шелеховского карьера, который характеризуется самым низким объемом добычи полезного ископаемого и самым длительным сроком эксплуатации. Таким образом, наблюдается тенденция к снижению относительного ущерба земельным ресурсам при увеличении годовых объемов добычи и сокращении сроков эксплуатации. Однако проведенный корреляционный анализ не выявил достоверных взаимосвязей между этими показателями в силу небольшого числа задействованных данных. Требуется проведение дополнительных исследований. Очевидно, что ущерб земельным ресурсам во многом зависит от организации производства и технологии добычи полезных ископаемых.

Анализ действующих нормативных документов показывает, что для оценки ущерба от загрязнения земель (Ух), прилегающих к карьерам, можно воспользоваться методиками [5] и [8]. При этом названные методики не позволяют определить ущерб вследствие трансформации и локализации веществ, поступающих в почву в результате газообразных вы-

бросов карьерной техники. Кроме того, несмотря на значительные выбросы пыли при эксплуатации карьеров (30-48 т/год), степень загрязнения прилегающих территорий, рассчитанная по методике [8], оказывается допустимой, что сводит весь ущерб от загрязнения к нулю. С помощью методики [5] учесть этот и другие факторы физического и химического воздействия на почвы можно лишь косвенно - посредством коэффициента Кс, который учитывает изменение степени деградации земель за определенный период времени.

Таким образом, размер косвенного ущерба от деградации земель за контурами карьера вследствие их загрязнения вредными химическими веществами (Ух) можно рассчитать с использованием методики [5] по формуле

Ух = Нс х Эх х Кэ х Кс х Кп + Дх х Ку х Эх х Кв, где Эх - площадь земель за контурами карьера, подверженных загрязнению вредными химическими веществами, га; Ку - коэффициент, учитывающий степень снижения дохода с единицы площади вследствие загрязнения земель.

При расчете нами были приняты минимальные коэффициенты, установленные методикой [5]: Кс=0,2 при слабой степени деградации земель вследствие их загрязнения химическими веществами; Кв=0,9 при продолжительности времени восстановления 1 год. При снижении продуктивности травостоя лугов на 20% вследствие загрязнения земель Ку=0,2.

Не существует однозначного подхода для определения площади земель (Эх), загрязненных химическими веществами за контурами карьера. Для упрощения расчетов можно использовать методику [9], согласно которой радиус зоны влияния отдельного источника выбросов (Х) можно определить по формуле

Х = 10 х Хт, (4)

где Хт - расстояние от источника выброса, где при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимальная концентрация вредного вещества (м); рассчитывали для каждой единицы карьерной техники по [9].

Если принять условие, что радиус зоны влияния каждого отдельного карьера за пределами его контуров определяется радиусом зоны влияния (Хтах) того источника загрязнения, у которого показатель Хт наибольший, то расчет площади земли, загрязненной химическими веществами за контурами карьера, можно провести по формуле

Эх =( ( Эк)1'2 + 2Хтах)2- Эк , (5)

где Эк - площадь карьера по лицензии, м .

Результаты оценки ущерба от загрязнения земель вредными химическими веществами, проведенной по методике [5] с использованием формулы (5), представлены в табл. 2.

Расчеты показали, что площадь территории, загрязненная химическими веществами за пределами карьеров, в 2,5-3,3 раза превышает площадь эксплуатируемых участков. Удельный ущерб от загрязнения

Таблица 2

Прогнозная оценка ущерба земельным ресурсам в результате загрязнения земель, _прилегающих к карьерам, вредными веществами_

Карьер Sx, га Общий ущерб от загрязнения земель (Ух), тыс. руб Удельный ущерб от загрязнения земли, руб. / 1 тыс. т ПГС

Иркутный 39,3 269,78 129

Шелеховский 25,3 173,67 114

Изосимов 1 25,7 176,42 320

Изосимов 2 39,9 273,90 211

земель в расчете на одну тонну добытой песчано-гравийной смеси на изучаемых карьерах различается почти в 3 раза. Наибольшей величиной этого показателя характеризуется карьер Изосимов 1, который отличается самым коротким временем эксплуатации и наименьшей площадью разрабатываемого участка. И наоборот, минимальным ущербом от загрязнения почвы в расчете на тонну добытого полезного ископаемого характеризуется Шелеховский карьер, площадь и срок отработки которого самые большие.

Прогнозная величина общего эколого-экономического ущерба земельным ресурсам после завершения эксплуатации карьеров представлена в табл. 3.

экономический ущерб земельным ресурсам будет составлять от 1,3 до 4,3 млн руб. в зависимости от размеров карьера.

Для сравнения соотношения экологического ущерба и экономической эффективности процесса добычи ПГС на карьерах с различной производительностью, площадью и сроками эксплуатации может быть использован показатель удельного ущерба в расчете на 1 тыс. тонн добытого полезного ископаемого. Для изучаемых карьеров этот показатель составил от 1 450 до 2 860 руб./1тыс. тонн ПГС.

Трудности получения достоверных оценок эколо-го-экономического ущерба при эксплуатации карьеров определяют необходимость разработки новых мето-

Таблица3

Оценка эколого-экономического ущерба земельным ресурсам после завершения эксплуатации

карьеров ПГС Иркутного месторождения

Карьер Общий эколого-экономический ущерб земельным ресурсам, тыс.руб. Удельный ущерб земельным ресурсам, тыс.руб./ 1тыс.т ПГС

Иркутный 3 051,6 1,45

Шелеховский 4 346,4 2,86

Изосимов 1 1 389,0 2,52

Изосимов 2 2 592,1 1,99

Таким образом, после завершения эксплуатации карьеров ПГС Иркутного месторождения, эксплуатация которых начата в 2011-2012 гг., общий эколого-

дических принципов оценки ущерба от деградации и загрязнения земельных ресурсов.

Библиографический список

1. Михайлов Ю.В., Коворова В.В., Морозов В.Н. Горнопромышленная экология / под ред. Ю.В.Михайлова. М.: Издательский центр «Академия», 2011. 336 с.

2. Экономика природопользования / под ред. К.В.Папенова. М.: ТЕИС, ТК Велби, 2010. 928 с.

3. Ларионов Н.М., Рябышенков А.С. Промышленная экология / Моск.ун-т электрон.техники. М.: Юрайт, 2012. 495 с.

4. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба / Л.В. Вершкова [и др]. М., 1999.

5. Методика определения размеров ущерба от деградации почв и земель. М., 1994.

6. Региональный доклад «О состоянии и использовании земель в Иркутской области в 2011 году» [Электронный ре-

сурс] // Управление Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Иркутской области: [сайт]. URL: http://www.to38.rosreestr.ru (дата обращения: 29.04.2013).

7. АПК Иркутской области [Электронный ресурс] // Министерство сельского хозяйства Иркутской области: [сайт]. URL: http: //www.agroline.ru/ (дата обращения: 20.04.2013).

8. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами. М., 1993.

9. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, ОНД-86. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.