CC BY
13УДК 911.375:528.83:502.5
DOI: 10.2441/9999-006А-2018-00005
ОПЫТ АНАЛИЗА КОМПОНЕНТОВ СТЕПНЫХ ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ КАК ФАКТОРОВ НЕБЛАГОПРИЯТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА
ПРИМЫКАЮЩИЕ МОНОГОРОДА С.А.Дубровская, С.Ю.Норейка
Институт степи УрО РАН Россия, г. Оренбург e-mail: skaverina@bk.ru, stac6151@gmail.com
С использованием мультиспектральных данных и полевых обследований проанализированы динамические процессы воздействия техногеосистем моногородов. На участках месторождений полезных ископаемых, расположенных в пределах урбанизированных территорий, установлена степень трансформации ландшафтов, напрямую зависящая от типа горно-технических комплексов, добываемого сырьевого ресурса и времени разработки месторождений.
Ключевые слова: техногеосистема, недропользование, горно-технический комплекс, степная зона России, NDVI, ландшафтная трансформация, мультиспектральные данные.
EXPERIENCE OF ANALYSIS OF THE COMPONENTS OF THE STEPPE MINING-TECHNICAL COMPLEXES AS FACTORS OF ADVERSE IMPACT ON THE
NEAR TO MONOCITIES S.A.Dubrovskaya, S.Yu.Noreyka
Institute of Steppe of the UB RAS Russia, Orenburg e-mail: skaverina@bk.ru, stac6151@gmail.com
Using multispectral data and field surveys, the dynamic processes of the impact of the technogeographic systems of monocities are analyzed. At the sites of mineral deposits located within urbanized territories, the degree of landscape transformation has been established, which directly depends on the type of mining and technical complexes, the extracted raw material resource and the time of development of the deposits.
Key words: technogeosystem, subsoil use, mining and technical complex, steppe zone of Russia, NDVI, landscape transformation, multispectral data.
При разработке генеральных планов городов градостроительные организации ищут оптимально компромиссные, на их взгляд, решения создания различных объектов городской инфраструктуры. Следствием таких «стабильных» систем является то, что жителям городов приходится мириться с промышленными выбросами, стоками, отвалами, свалками, приводящими к ухудшению состояния здоровой городской среды. Промышленность активно участвует в развитии урбанизированных ландшафтов и создает новые моногорода. В размещении ряда городов решающую роль играют наличие месторождений полезных ископаемых. Добыча полезных ископаемых формирует новый тип ТГС - горнопромышленный, при котором происходит кардинальное изменение рельефа с созданием новых типов ландшафта: карьерно-отвальный, провально-терриконовый со значительными изменениями структуры водосборных бассейнов и расчлененности [1]. Отрасли человеческой деятельности, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой различных видов ископаемого топлива, является важнейшим сектором мировой экономики РФ. Рациональное природопользование при проведении карьерных разработок предусматривает максимальное сохранение природного ландшафта. Необходимо проведение рекультивационных мероприятий для возвращения горно-технического ландшафта в область оптимального использования для сельскохозяйственного, лесного, строительного и других видов освоения.
Объектом исследования являются средние города (исходя из классификации городов по численности населения) степной зоны России, отличающиеся наличием горнопромышленных ландшафтов. Цель - выявить особенности динамических изменений горнотехнических территорий в городских условиях.
Проведен расчет показателей нормализованного вегетационного индекса растительности NDVI (Normalized Difference Vegatation Index) для ряда разновременных мультиспектральных изображений спутника Landsat 5 с сенсором ТМ, 2-го уровня обработки (дата съемки май-июнь 1985 г.), Landsat 8 с сенсором OLI-TIRS, 2-го уровня обработки (дата съемки май-август 2016-17 гг.) с разрешением 30 м. Снимки Landsat на территорию месторождений представлены Геологической службой США (USGS) и находятся в открытом доступе на электронном ресурсе - www.glovis.usgs.gov. Анализ проведен при помощи программного комплекса QGIS Desktop, ENVI и продукты программ ArcGIS for Desktop. Для территории с растительным покровом индекс NDVI принимает положительные значения; чем больше плотность фитомассы, тем его показатели выше. На значения индекса также влияют видовой состав растительности, ее сомкнутость, состояние, почва под разреженным растительным покровом, экспозиция и угол наклона поверхности [2].
Особенностью развития рассматриваемых в статье городов степной зоны Коркино (Челябинская область), Гай и Соль-Илецк (Оренбургская область) является наличие градообразующего комплекса, формирующего горно-технические ландшафты: угледобывающего предприятия ОАО «Челябинская угольная компания», предприятия добывающего комплекса уральской горно-металлургической компании ПАО «Гайский ГОК», соледобывающей и перерабатывающей компании ООО «Руссоль».
Исследуемые участки месторождений нами распределены по трем типам преобразованности рельефа, происходящей под действием техногенных процессов и приводящей к формированию новых форм поверхностей с воздействием на соседние геосистемы (степень гипотехноморфогенеза и гипертехноморфогенеза, объемы отвалов и площади растительных сообществ) (табл.). Предлагаются следующие типы преобразованности: регенерирующие (восстанавливающиеся), стагнирующие (статичные -выраженные в нулевых или незначительных темпах изменения), деструктирующие (нарушение процесса протекания этапов первичной сукцессии).
Таблица
Количественные показатели и типизация техногеосистем по результатам полевых
обследований и данным дешифрирования мультиспектральных^ снимков
Месторождения Коркинское Гайское Илецкое Гипсовое (г. Соль-Илецк) Строительных песков и кирпичных глин (г. Соль-Илецк)
Площадь 2 техногеосистемы, км 62,99 23,36 3,49 0,58 0,59
Площадь карьера, км 6,94 2,75 0,08 0,14 0,37
Площадь отвалов, км 14,21 7,3 - - 0,003
Степень гипотехноморфогенеза (глубина, м) 493 >1400 >400 18,9 3/6,8
Степень гипертехноморфогенеза (высота, м) 70-110 40-65 - - 2,5
Тип горно-технической геосистемы стагнирую-щее стагнирую-щее регенерирующее регенерирующее регенерирующее
Состояние растительности (1985 г.) среднее (78,2%) низкое (65,2%) низкое (91,3%) среднее (99,5%) низкое (71,8%)
Состояние растительности (20162017 гг.) низкое (51,9%) низкое (77,9%) среднее (33,6%) среднее (49,5%) среднее (65,3%)
Площадь «зеленой» зоны, км2 (1985 г.) 51,5 3,12 0,4 0,05 0,31
Площадь «зеленой» зоны, км2 (2016-2017 гг.) 36,04 2,84 0,76 0,17 0,38
Расчет нормализованного относительного индекса растительности NDVI для территорий недропользовательской деятельности проводился по формуле:
NDVI = i^z^l (1)
NIR+RBB v '
где NIR - ближний ифракрасный (0,75-1,3 мкм) канал космического снимка,
RED - красный (0,60-0,75 мкм) канал космического снимка (рис. - Прил. с. 123).
Коркинское буроугольное месторождение разрабатывается на протяжении 87 лет, является крупнейшим объектом горнодобывающей отрасли Челябинской области (рис.). Естественный ландшафт нарушен комплексом горных работ - угольными разрезами № 1 и № 2, породными терриконами, полями слива пульпы, водохранилищем, гидромойкой и т.п. Жилые, промышленные и социальные объекты г. Коркино примыкают непосредственно к борту угольного разреза «Коркинский». В результате близкой застройки рабочего поселка Роза, входящего в состав городской территории, а также особенностей недропользования на рубеже 2013-2015 гг. произошел массовый снос жилых построек, поскольку происходило обрушение бортов карьера. Эксплуатация угольного разреза осуществлялась без установленной санитарно-защитной зоны. Коркинское буроугольное месторождение выступает стагнирующим типом горно-технической геосистемы, с уменьшением «зеленой» зоны на 15,46 км (табл.). Несмотря на применение программ по рекультивации отвалов, площадь зеленой зоны сокращается. Это происходит по следующим причинам: происходит увеличение площади разработки месторождения, образование неиспользуемой промышленной зоны, процессам новой компактной застройки территорий, связанных с переработкой добытого материала и внедрением новых технологий в производство. Сокращение используемой территории промышленной зоны также связано с переходом открытой разработки на шахтную добычу и переработку извлекаемого материала на АО «Томинский ГОК» [3, 4, 5].
Особенностью развития урбанизированного пространства города Гая является градообразующий комплекс горно-технического ландшафта - предприятие добывающего комплекса уральской горно-металлургической компании Публичное акционерное общество «Гайский горно-обогатительный комбинат» (ПАО «Гайский ГОК»). На основе визуальной оценки спутниковых снимков и полевых исследований на территорию Гайского месторождения (отвал карьера № 2) выявлены рекультивационные участки, тогда как северный отвал карьеров № 1 и № 3 характеризуется интенсивной разработкой. В целом ситуация в пределах техногеосистемы по результатам расчета вегетационного индекса NDVI характеризуется как позитивная (рис.). Законсервированный южный отвал зарастает степными злаково-полынковыми сообществами с посадками Ulmus parvifolia Jacq. Северная часть действующего отвала (карьер № 1) характеризуется низкой степенью развития растительности. Селитебная ТГС. Наличие в городе земель специального назначения: участки транспортной инфраструктуры, промышленных ТГС - ПАО «Гайский ГОК», нерекультивированные участки отвалов, карьеры и хвостохранилище, садово-дачные индивидуальные массивы, расположенные в непосредственной близости от рекультивируемого участка на юго-западной части урбанизированной территории. Лесозащитные полосы городских ландшафтов располагаются по периферии, в северозападной, западной и юго-восточной частях города, не оказывая оздоровительного эффекта на микроклимат города. Компактность техногеосистемы оказывает в целом негативное влияние на комфортное проживание горожан.
Илецкое месторождение каменной соли заложено в пределах междуречья рр. Елшанка и Песчанка, разработка ведется на протяжении трехсот лет (рис.) [6]. На участке особой экономической системы проводятся мероприятия, направленные на снижение вероятных карстовых процессов и ведение мониторинга состояния окружающей среды (атмосфера, недра, почвенный покров, биоресурсы). На современном этапе развития этой глубоко-преобразованной ТГС (локальный участок действующей шахты № 2 и территория курортной зоны) происходит уменьшение антропогенной нагрузки и катастрофических явлений [7, 8].
По динамике индексов КОУ1 произошло увеличение площади зеленой зоны на 0,36 км (табл.). Столь малое значение обуславливается наличием курортной зоны, большой суммарной площадью озер, увеличением количества построек под рекреацию, расширением пляжной зоны.
Месторождение гипса (г. Гипсовая, велась добыча гипса и алебастра) расположено на левобережье р. Песчанка (рис.). Юго-восточная часть карьера использовалась как несанкционированная свалка, ныне ликвидированная. Земли горно-технического ландшафта на данном этапе переведены в категорию селитебных ТГС, ориентированных на курортную сферу. Естественное зарастание древесно-кустарниковой растительностью происходит локально. Кроме этого, в частном порядке проведены рекультивация г. Гипсовая, благоустройство парковой зоны, выравнивание территории, отсыпка обрывистых участков, подверженных эрозионным процессам. Карьерно-отвальный участок расположен в пределах террасы на левобережье р. Елшанка. Гипсовое месторождение по окончании эксплуатации подверглось полной жилищной застройке, борта месторождения подверглись рекультивации, увеличив площадь «зеленой» зоны на 0,12 км (табл.).
Месторождение строительных песков расположено в пределах террасы на левобережье р. Елшанка (рис.). В пределах месторождения отмечены обильные выходы грунтовых вод. На месторождении отмечаются положительные процессы зарастания, помимо этого, выявлено образование водоема и увеличение его акватории в период с 19852017 гг. Месторождение не эксплуатируется; мероприятия, направленные на улучшение геоэкологической обстановки, не предусмотрены. Высокую опасность несет западная часть месторождения, с развитой овражно-балочной сетью, образованная эрозионными процессами вследствие отсутствия водоотвода. Месторождения кирпичных глин активно осваивалось на предмет промышленного производства кирпича (рис.). В результате исследований нами зафиксирован факт естественных процессов восстановления горнотехнического ландшафта: сглаживание бортовых частей под действием атмосферных осадков, зарастание многолетней травянистой и древесно-кустарниковой растительностью и перехода его в категорию селитебных, сельскохозяйственных и коммунально-складских ТГС. На этом участке остается острой проблема затопления когда-то бывшего карьера, так как отсутствует обвалование. В северной части выходы глинистых масс не закреплены техническими сооружениями и не проведено озеленение южной экспозиции северного склона. Это может привести к образованию овражно-балочной сети и представлять угрозу транспортно-коммуникационной ТГС. Склон карьера восточной экспозиции преобразован в несанкционированную свалку бытовых отходов и здесь же расположены индивидуальные садово-дачные массивы. Месторождение кирпичных глин подверглось застройке в районе промышленной зоны, в самом карьере происходят процессы самозарастания, как и на месторождении строительных песков, общая площадь увеличения растительности по двум месторождениям составила 0,07 км2 при общей площади техногеосистемы в 0,6 км2 (табл.). Важной особенностью при разработке небольших месторождений строительных песков и кирпичных глин выступает малое количество отвалов, поскольку выбор и последующая разработка происходит точечно, в целях минимальных материально-технических затрат на освоение, слой вскрышных пород в которых порой не превышает 2-5 м. Срок разработки таких месторождений обычно не превышает 10-15 лет, что, наряду с неглубокой мощностью вскрышных пород, не способствует дальнейшему «засорению» прилегающей территории и, в основном, породы представлены плодородным слоем и суглинистыми массами, самозарастание которых происходит крайне быстро в отличие от других типов месторождений. При рассмотрении динамики за 33 года можно сделать вывод, что для нерудных месторождений, порода которых используется, в основном, в строительстве, зарастание территории и переход в регенерирующий тип горно-технической геосистемы происходят практически сразу после завершения эксплуатации. Зарастание территорий месторождений строительного песка происходит быстрее по сравнению с месторождениями
кирпичных глин и гипса, поскольку растительности труднее закрепиться и содержание питательных элементов крайне мало.
Вывод. Исследуемые нами горно-технические комплексы ранжированы по типам воздействия на урболандшафты моногородов степной зоны. Учитывались такие параметры: геолого-геоморфологические (степень гипотехноморфогенеза и гипертехноморфогенеза), гидрогеологические компоненты, тип месторождения, период эксплуатации и площади горно-технического ландшафта, рекультивационные мероприятия. Данные дистанционного зондирования позволяют выделить города Коркино и Гай как объекты с высокой степенью антропогенной нагрузки и трансформацией ландшафтов. В г. Соль-Илецк ситуация по исследуемым параметрам удовлетворительная, загрязнение токсичными поллютантами городской среды, содержащиеся в извлекаемых породах и отвалах, подвержены в меньшей степени.
Статья подготовлена в рамках проекта Института степи УрО РАН «Степи России: ландшафтно-экологические основы устойчивого развития, обоснование природоподобных технологий в условиях природных и антропогенных изменений окружающей среды» (№ ГР АААА-А17-117012610022-5).
ЛИТЕРАТУРА
1. Развитие моногородов России: монография. / Под. ред. д.э.н., проф. И.Н. Ильиной. -М., Финансовый университет, 2013. - 168 с.
2. Евдокимов С.И., Михалап С.Г. Определение физического смысла комбинации каналов снимков Landsat для мониторинга состояния наземных и водных экосистем / Вестник ПГУ. Серия Естественные и физико-математические науки. - 2015. - № 7. - С. 2132.
3. Effah K.A., Boakye-Danquah J., Asabere S.B., Takeuchi K., Wiegleb G. Land cover transformation in two post-mining landscapes subjected to different ages of reclamation since dumping of spoils / SpringerPlus, 2014. - № 3. - 702 p.
4. Большаков В.В. Города-спутники в составе Челябинской агломерации / Проблемы и потенциал. Академический вестник Урал НИИпроект РААСН. - 2014. - № 4. - С. 33-36.
5. Гундарев А.А. Моногорода Челябинской области: актуальные проблемы, потенциал и перспективы развития / Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». - 2013. -№ 13 (1). - С. 87-89.
6. Соколовский А.В., Лапаев В.Н., Темникова М.С., Гордеев А.И. Технологические особенности ликвидации разреза «Коркинский» / Уголь. - 2018. - № 3. - С. 91-95.
7. Петрищев В.П. Антропогенное изменение характера рельефа на примере Илецкого месторождения соли / Геология и геоэкология Урала и Поволжья: Тез. докл. межведомств. науч. конф. (8-9 октября 1998 г.). - Саратов, 1998. - С. 50-51.
8. Русскин, Г.А. Природно-антропогенные процессы рельефообразования на территории Илецкого месторождения каменной соли / Физико-географические исследования на Урале. - Свердловск, 1990. - С. 89-96.
LITERATURA
1. Razvitie monogorodov Rossii: monografiya. / Pod. red. d.eh.n., prof. I.N. Il'inoj. - M., Finansovyj universitet, 2013. - 168 s.
2. Evdokimov S.I., Mihalap S.G. Opredelenie fizicheskogo smysla kombinacii kanalov snimkov Landsat dlya monitoringa sostoyaniya nazemnyh i vodnyh ehkosistem / Vestnik PGU. Seriya Estestvennye i fiziko-matematicheskie nauki. - 2015. - № 7. - S. 21-32.
3. Effah K.A., Boakye-Danquah J., Asabere S.B., Takeuchi K., Wiegleb G. Land cover transformation in two post-mining landscapes subjected to different ages of reclamation since dumping of spoils / SpringerPlus, 2014. - № 3. - 702 p.
4. Bol'shakov V.V. Goroda-sputniki v sostave Chelyabinskoj aglomeracii / Problemy i potencial. Akademicheskij vestnik Ural NIIproekt RAASN. - 2014. - № 4. - S. 33-36.
5. Gundarev A. A. Monogoroda Chelyabinskoj oblasti: aktual'nye problemy, potencial i perspektivy razvitiya / Vestnik YUUrGU. Seriya «Stroitel'stvo i arhitektura». - 2013. - № 13 (1). -S. 87-89.
6. Sokolovskij A.V., Lapaev V.N., Temnikova M.S., Gordeev A.I. Tekhnologicheskie osobennosti likvidacii razreza «Korkinskij» / Ugol'. - 2018. - № 3. - S. 91-95.
7. Petrishchev V.P. Antropogennoe izmenenie haraktera rel'efa na primere Ileckogo mestorozhdeniya soli / Geologiya i geoehkologiya Urala i Povolzh'ya: Tez. dokl. mezhvedomstv. nauch. konf. (8-9 oktyabrya 1998 g.). - Saratov, 1998. - S. 50-51.
8. Russkin, G.A. Prirodno-antropogennye processy rel'efoobrazovaniya na territorii Ileckogo mestorozhdeniya kamennoj soli / Fiziko-geograficheskie issledovaniya na Urale. - Sverdlovsk, 1990. - S. 89-96.
Образец оформления ссылки для цитирования:
Дубровская С.А., Норейка С.Ю. Опыт анализа компонентов степных горно-технических комплексов как факторов неблагоприятного воздействия на примыкающие моногорода // Вопросы степеведения. - 2018. -№ 14. - С. 62-67. DOI: 10.2441/9999-006А-2018-00005.
