CC BY
24
Оригинальная статья
УДК 622.85:622.33:622.271:550.814 © Коллектив авторов, 2020
Использование результатов дистанционного зондирования в оценке восстановления
экосистемы на территориях с открытой угледобычей в регионах Урала
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-10-68-71
ЗЕНЬКОВ И.В.
доктор техн. наук, профессор,
магистрант Сибирского федерального университета, профессор Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва, инженер Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий, 660041, г. Красноярск, Россия, e-mail: [email protected]
ЮРОНЕН Ю.П.
канд. техн. наук, доцент Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва, 660037, г. Красноярск, Россия
КАРАЧЁВА Г.А.
старший преподаватель Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва, 660037, г. Красноярск, Россия
СТУКОВА О.О.
магистрант Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнёва, 660037, г. Красноярск, Россия
ВОКИН В.Н.
канд. техн. наук,
профессор Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
КИРЮШИНА Е.В.
канд. техн. наук,
доцент Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
МИРОНОВА Ж.В.
канд. техн. наук,
доцент Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
ВЕРЕТЕНОВА Т.А.
доцент Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
В статье представлены результаты оценки экологического состояния земель, нарушенных при разработке открытым способом четырех угольных месторождений в Свердловской и Челябинской областях. В ходе исследований установлено, что экологически приемлемое восстановление растительного покрова на территории нарушенных земель происходит за счет проведения работ по рекультивации и природных процессов самовосстановления. Ключевые слова: угольные месторождения Урала, открытые горные работы, угольные разрезы, породные отвалы, нарушенные земли, растительные и водные экосистемы, дистанционное зондирование Земли. Для цитирования: Использование результатов дистанционного зондирования в оценке восстановления экосистемы на территориях с открытой угледобычей в регионах Урала / И.В. Зеньков, Ю.П. Юронен, Г.А. Карачёва и др. // Уголь. 2020. № 10. С. 68-71. 001: 10.18796/00415790-2020-10-68-71.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Урала добыча угля открытым способом производилась на четырех месторождениях - Волчанском, Богословском, Коркинском и Еманжелинском - в Свердловской и Челябинской областях. Уголь использовали в регионах при выработке тепловой и электрической энергии, а также на промышленных предприятиях металлургии и химической отрасли. Масштабная разработка месторождений производилась в период после окончания Гражданской войны в бывшем СССР - до конца 2000-х гг. При этом суммарный объем добычи угля находился на уровне 18 млн т в год. Горно-геологическое строение месторождений (в основном углы залегания угольных пластов) предопределило ведение горных работ с постоянной углубкой и размещением вскрышных пород во внешних отвалах. В период с 1946 по 2000 г. на месторождениях работали десять карьеров. В 2015 и 2017 г. добыча угля постепенно была прекращена, поскольку глубина двух последних действующих карьеров превысила 300 и 450 м (на Волчанском и Коркинском месторождениях).
В настоящее время общая картина горнопромышленного ландшафта представлена десятью карьерами и восемнадцатью внешними породными отвалами. Четыре карьера находятся на территории Свердловской области, а остальные - южнее г. Челябинска. Отработанные месторождения расположены в виде прерывающейся цепи и находятся в прямоугольнике с границами, проходящими по 59о 56' 48'' с. и 54о 33' 36'' с. и 59о 51' 36'' в. и 61о 26' 44'' в.
Добыча угля на разрозненных месторождениях в разных природно-климатических зонах осуществлялась более 70 лет и была прекращена в разное время в начале XXI в., поэтому получение целостной картины экологического состояния нарушенных земель на территории отработанных угольных месторождений общей площадью более 10000 га является актуальной научной задачей.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
Как известно, территории природных ландшафтов, которые подвергаются воздействию открытых горных работ, существенно трансформируются с нарушением экологического баланса. Уровни таких трансформаций и последующее восстановление экосистем на землях, нарушенных деятельностью горнодобывающих предприятий, всегда находятся в поле зрения экологов как в нашей стране, так и за рубежом. Изучению экологического состояния территорий, нарушенных в ходе деятельности горнодобывающих предприятий, посвящено множество работ [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]. Вместе с тем, как показал анализ научных работ, в специальной литературе отсутствуют исследования по оценке экологического состояния горнопромышленных ландшафтов, образованных в ходе разработки всех угольных месторождений в регионах Урала.
Обзор архива космоснимков высокого разрешения высветил основные направления восстановления экосистем (водная и растительная) на каждом исследуемом месторождении. К настоящему времени экосистемы частично сформированы за счет выполнения работ по четырем основным направлениям рекультивации зе-мель:сельскохозяйственное, лесохозяйственное, водохозяйственное и рекреационное. В четырех карьерах: на локальном участке Волчанского месторождения, в двух карьерах на Богословском месторождении и в одном на Еманжелинском месторождении угля завершено формирование водоемов. Площадь водных зеркал в карьерах не меняется на протяжении последних 10 лет. Это обстоятельство говорит о завершении формирования водной экосистемы в этих карьерах.
В основном карьере на Волчанском месторождении и в карьере на Коркинском месторождении техногенные водоемы только начинают формироваться. Здесь окончание формирования водных экосистем может сдвинуться на неопределенный срок из-за значительной разницы объема карьерных выработок и воды, поступающей в них. По нашей оценке, объем карьерной выемки на Коркинском месторождении составляет 1,3 млрд м3. Если обеспечить ежесуточный круглогодичный водоприток в этот карьер порядка 50 тыс. м3, то период его заполнения
составит 70 лет. Существенной экологической проблемой карьера на Коркинском месторождении является постоянное горение угольных пластов, оставленных в почве (недобор) на значительной площади в придонной части карьера. Кроме этого, нерабочие борта карьера постоянно деформируются. При этом обнажаются угольные пласты, которые в свою очередь также начинают со временем самовозгораться. В четырех карьерных выемках на Еманжелинском месторождении, объем которых в десятки раз меньше объема карьера на Коркинском месторождении, потребуется около 10 лет до завершения формирования в них техногенных водоемов за счет наличия горизонтов подземных вод, разгружающихся в нерабочих бортах.
Отметим, что в северном карьере на Еманжелинском месторождении занимаются разведением и выращиванием рыбы. На берегу этого же карьера находится небольшая база отдыха. Рядом расположен аэроклуб, взлетно-посадочные полосы которого обустроены на поверхности гидроотвала, намытого в ретроспективном периоде.
На внешних породных отвалах, отсыпанных в ходе разработки Волчанского и Богословского угольных месторождений, проводились работы по сельскохозяйственной и лесовосстановительной рекультивации. Именно здесь породные отвалы используются фермерскими хозйяствами по прямому назначению. Лесная рекультивация проводилась на этих же отвалах путем высадки саженцев хвойных пород деревьев. На породных отвалах, отсыпанных в ходе разработки Коркинского и Еманже-линского месторождений, искусственное лесовосстанов-ление не проводилось. Смешанный лес и кустарниковая растительность, появившиеся здесь - результат высокоэффективных природных процессов саморасселения аборигенных видов флоры с прилегающих территорий при ветровом переносе семян, снабженных крыльчаткой. Аналогичное восстановление растительного покрова за счет ветрового преноса семян происходит на внешних отвалах, отсыпанных при разработке Волчанского и Богословского месторождений.
На момент окончания горных работ общая площадь всех земель, нарушенных в ходе открытой разработки угольных месторождений на Урале, составила 10431,6 га.
Общая площадь десяти карьерных выемок равна 2990 га. В них находятся 12 техногенных водоемов (три разрозненных водоема находятся в карьере на Коркинском месторождении), площадь зеркала которых составляет 1411,3 га. Общая площадь внешних отвалов равна 7441,6 га. Структура горнопромышленного ландшафта с основными классами, установленными по результатам космической съемки, представлена на рисунке.
Участки без растительного покрова общей площадью 808,6 га в основном находятся в нижней части нерабочих бортов в отработанных карьерах. Из них более 50% (416,2 га) находятся в карьере на Коркинском месторождении и 29% (238 га) - в карьере на Волчанском. Полностью отсутствует растительный покров на площади 60 га в четырех карьерах на Еманжелинском месторождении. Аналогичные участки на породных отвалах занимают площадь 94,4 га. Значительная часть (92,1%)
□ участки без расштельиош покриви, га ■ техногенные ведоемы. га
• участки с лесной рекультивацией (хвойные деревья), га
О участки с признаками носстан оплатя раСГНТеЛЫЮТО покрова, га
е участки с лорошо ришшъш смешанным лесом, 1а
□ участки с сельскохозяйственной рекультивации, га
в участки с травянисто-кустарниковой растительностью, га
Ш участки с травянистой растительностью, га
Структура нарушенных земель и восстановленной экосистемы на территории горнопромышленных ландшафтов, образованных в ходе разработки открытым способом угольных месторождений на Урале, в 2020 г.
травянистой растительности находится в карьерах и на поверхности отвалов на Коркинском и Еманжелинском месторождениях.
На породных отвалах, отсыпанных вблизи карьеров на Волчанском и Богословском месторождениях, были проведены масштабные работы по лесной рекультивации - в результате хорошо развитый сосновый бор суммарно занимает довольно значительную площадь - 1647,3 га.
В ходе дистанционного мониторинга также было установлено, что на нерабочих бортах карьеров и на поверхности внешних отвалов сформированы многочисленные участки с хорошо развитым смешанным лесом. Этот вид растительного покрова занимает 26,17% от общей площади нарушенных земель. Весьма позитивным обстоятельством считаем наличие на отвалах хорошо развитой густой кустарниковой растительности, служащей своеобразной нишей для обитания многочисленных пернатых и мелких животных.
В целом, коэффициент восстановления растительной экосистемы, рассчитанный исходя из площади «сухой» части нарушенных земель, находится на очень высоком уровне - 0,91.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты дистанционного мониторинга территории горнопромышленных ландшафтов, образованных при разработке угольных месторождений на Среднем и Южном
Урале, подтвердили нашу гипотезу о высоких экологических показателях восстановления баланса на нарушенных землях. По нашей оценке, этому способствовали масштабные работы по рекультивации земель и природно-климатические характеристики географических зон, на территории которых находятся участки отработанных месторождений. В карьерах формируются водные экосистемы, которые пригодны для коммерческого выращивания рыбы. Практически все внешние породные отвалы, несмотря на незначительный период времени, прошедший после окончания их отсыпки, можно считать индикаторными с позиции восстановления на них всех видов растительного покрова.
Сп исок литературы
1. Сафронова О.С., Ламанова Т.Г., Шеремет Н.В. Результаты исследования естественного восстановления растительного покрова на вскрышных отвалах, возникших в 1990-е годы в Республике Хакасия // Уголь. 2018. № 7. С. 6871. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-7-68-71. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/07018.pdf (дата обращения: 15.09.2020).
2. Харионовский А.А., Франк Е.Я. Обоснование горнотехнической рекультивации в целях лесовосстановления на Крутокачинском щебеночном карьере // Уголь. 2018. № 4. С. 75-77. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-4-75-77. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/04018.pdf (дата обращения: 15.09.2020).
3. Remote sensing for restoration planning: how the big picture can inform stakeholders / Susan Cordell, Erin J. Questad, Gregory P. Asner et al. // Restoration Ecology. 2017. Vol. 25(2). Р. 147-154.
4. Plant response to biochar, compost, and mycorrhizal fungal amendments in post-mine sandpits / Brian M. Oh-sowski, Kari Dunfield, John N. Klironomos et al. // Restoration Ecology. 2018. Vol. 26. Р. 63-72.
5. DNA metabarcoding - new approach to fauna monitoring in mine site restoration / Kristen Fernandes, Mieke van der Heyde, Michael Bunce et al. // Restoration Ecology. 2018. Vol. 26. Is. 6. Р. 1098-1107.
6. Lanterman J., Goodell K. Bumble bee colony growth and reproduction on reclaimed surface coal mines // Restoration Ecology. 2018. Vol. 26. Р. 183-194.
7. Spatially balanced sampling and ground-level imagery for vegetation monitoring on reclaimed well pads / Michael F. Curran, Samuel E. Cox, Timothy J. Robinson et al. // Restoration Ecology. 2019. Vol. 27. Р. 974-980.
8. Amalesh Dhar, Philip G. Comeau, Robert Vassov. Effects of cover soil stockpiling on plant community development following reclamation of oil sands sites in Alberta // Restoration Ecology. 2019. Vol. 27. Р. 352-360.
9. Ecohydrological gradients and their restoration on the periphery of extracted peatlands / Stéphanie Lefebvre-Ruel, Sylvain Jutras, Daniel Campbell et al. // Restoration Ecology. 2019. Vol. 27. Р. 782-792.
ECOLOGY
Original Paper
UDC 622.85:622.33:622.271:550.814 © Collective of authors, 2020
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 10, pp. 68-71 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-10-68-71
Title
APPLICATION OF REMOTE SENSING RESULTS IN ASSESSMENT OF ECOSYSTEM RESTORATION IN OPEN COAL MINING AREAS IN THE URALS REGIONS
Authors
Zenkov I.V.1, 2 3, Yuronen Yu.P., Karacheva G.A.2, Karacheva G.A.2, Stukova O.O.2, Vokin V.N.1, Kiryushina E.V.1, Mironova Zh.V.1, Veretenova T.A.1
1 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
2 Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
3 Federal Research Center for Information and Computational Technologies, Novosibirsk, 630090, Russian Federation
Authors' Information
Zenkov I.V., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Undergraduate e-mail: [email protected]
Yuronen Yu.P., PhD (Engineering), Associate Professor
Karacheva G.A., Senior Lecturer
Stukova O.O., Undergraduate
Vokin V.N., PhD (Engineering), Professor
Kiryushina E.V., PhD (Engineering), Associate Professor
Mironova Zh.V., PhD (Engineering), Associate Professor
Veretenova T.A., Associate Professor
Abstract
The paper presents the results of environmental condition assessment of lands disturbed during opencast mining at four coal deposits in the Sverdlovsk and Chelyabinsk Regions. The research revealed that ecologically acceptable restoration of the vegetation cover on the territory of the disturbed lands is achieved through reclamation activities and the natural self-recovery processes.
Keywords
Urals coal deposits, Surface mining operations, Coal strip mines, Rock waste dumps, Disturbed lands, Plant and water ecosystems, Earth remote sensing.
References
1. Safronova O.S., Lamanova T.G. & Sheremet N.V. Rezultaty issledovaniya estestvennogo vosstanovleniya rastitelnogo pokrova na vskryshnyh otvalah, voznikshih v 1990-e gody v Respublike Hakasiya [The results of the study of natural regeneration of vegetation cover on overburden dumps in the Republic of Khakassia, which emerged in the 90-years of the twentieth century]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, No. 7, pp. 68-71. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2018-7-68-71. Available at: http://www.ugolinfo. ru/Free/072018.pdf (accessed 15.09.2020).
2. Kharionovsky A.A. & Frank E.Ya. Obosnovanie gornotekhnicheskoy rekul'tivacii v celyah levosstanovleniya na Krutokachinskom shchebenoch-nom karyere [Validation of the technology of mine technical reclamation for the purpose of reforestation in the Krutokachinskiy ballast quarry]. Ugol' -
Russian Coal Journal, 2018, No. 4, pp. 75-77. (In Russ.). DOI: 10.18796/00415790-2018-4-75-77. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/042018.pdf (accessed 15.09.2020).
3. Susan Cordell, Erin J. Questad, Gregory P. Asner et al. Remote sensing for restoration planning: how the big picture can inform stakeholders. Restoration Ecology, 2017, Vol. 25(2), pp. 147-154.
4. Brian M. Ohsowski, Kari Dunfield, John N. Klironomos et al. Plant response to biochar, compost, and mycorrhizal fungal amendments in post-mine sandpits. Restoration Ecology, 2018, Vol. 26, pp. 63-72.
5. Kristen Fernandes, Mieke van der Heyde, Michael Bunce et al. DNA me-tabarcoding - new approach to fauna monitoring in mine site restoration. Restoration Ecology, 2018, Vol. 26, Issue 6, pp. 1098-1107.
6. Lanterman J. & Goodell K. Bumble bee colony growth and reproduction on reclaimed surface coal mines. Restoration Ecology, 2018, Vol. 26, pp. 183-194.
7. Michael F. Curran, Samuel E. Cox, Timothy J. Robinson et al. Spatially balanced sampling and ground-level imagery for vegetation monitoring on reclaimed well pads. Restoration Ecology, 2019, Vol. 27, pp. 974-980.
8. Amalesh Dhar, Philip G. Comeau & Robert Vassov Effects of cover soil stockpiling on plant community development following reclamation of oil sands sites in Alberta. Restoration Ecology, 2019, Vol. 27, pp. 352-360.
9. Stéphanie Lefebvre-Ruel, Sylvain Jutras, Daniel Campbell et al. Ecohydro-logical gradients and their restoration on the periphery of extracted peat-lands. Restoration Ecology, 2019, Vol. 27, pp. 782-792.
For citation
Zenkov I.V., Yuronen Yu.P., Karacheva G.A., Karacheva G.A., Stukova O.O., Vokin V.N., Kiryushina E.V., Mironova Zh.V., Veretenova T.A. Application of remote sensing results in assessment of ecosystem restoration in open coal mining areas in the Urals regions Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, No. 10, pp. 68-71. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2020-10-68-71.
Paper info
Received July 7,2020 Reviewed July 23,2020 Accepted September 9,2020
В АО «Дальтрансуголь» на суда погружена 180-миллионная тонна угля с момента создания предприятия
16 сентября 2020 г. портовики АО «Дальтрансуголь» погрузили на суда 180-миллионную тонну угля с момента создания предприятия.
«Наш сплоченный и нацеленный на результат коллектив показывает стабильную динамику за счет наработки опыта и внедрения новых технологий. В частности, использование тяжеловесных поездов, инновационных вагонов повышенной грузоподъемности, возможность принимать крупнотоннажные суда способствуют повышению экономической эффективности и, в то же время, оказывают меньшую нагрузку на окружающую среду», - подчеркнул директор по производству АО «Дальтрансуголь» Владимир Франчишин.
СУЭК
СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ
В этот же день в стивидорной компании произошло еще одно знаменательное событие - со значительным опережением сроков установлен показатель отгрузки в объеме 16 млн т с начала года. В 2019 г. аналогичный показатель был достигнут 23 октября.
Балкерный терминал «Дальтрансуголь», расположенный на территории Ванинского района в Хабаровском крае, построен для перевалки угля СУЭК потребителям в странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Один из самых крупных современных портов Дальнего Востока оснащен собственным железнодорожным комплексом и портовым флотом.
