CC BY
57
УДК 622.85:622.33.0123(571.51)550.814 © И.В. Зеньков, Б.Н. Нефедов, Ю.П. Юронен, Н.Б. Нефедов, 2017
Результаты дистанционного мониторинга и полевых исследований экологического состояния нарушенных земель угольными разрезами в Республике Хакасия
— DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-9-72-75
ЗЕНЬКОВ Игорь Владимирович
Доктор техн. наук, Заслуженный эколог РФ, Институт вычислительных технологий СО РАН, профессор ФГБУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва», 660049, г. Красноярск, Россия, e-mail: [email protected]
НЕФЕДОВ Борис Николаевич
Канд. техн. наук, заместитель директора Института вычислительных технологий СО РАН, 660049, г. Красноярск, Россия
ЮРОНЕН Юрий Павлович
Канд. техн. наук,
доцент ФГБУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнёва», 660049, г. Красноярск, Россия
НЕФЕДОВ Никита Борисович
Аспирант,
Институт вычислительных технологий СО РАН 630090, г. Новосибирск, Россия
В статье представлены результаты дистанционного зондирования по определению площади нарушенных земель угольными разрезами на территории Республики Хакасии в ходе разработки угольных месторождений. Выявлены виды растительных экосистем, сформированных в результате производства работ по рекультивации земель либо в процессе естественного восстановления на поверхности породных отвалов и остаточных горных выработок Ключевые слова: Республика Хакасия, угольные разрезы, рекультивация отвалов, самовосстановление растительного покрова, дистанционное зондирование Земли, растительные экосистемы, экологическая эффективность.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Республики Хакасия действуют семь угольных разрезов: «Черногорский», «Степной», «Восточно-Бейский», «Аршановский», «Белоярский», «Изыхский 2», «Черногорский 2» (на рис. 1 не показан) с годовой производственной мощностью по добыче угля от 6 до 0,5 млн т в порядке ее убывания по угледобывающим предприятиям. Взаиморасположение угольных разрезов на территории Республики Хакасия показано на рис. 1.
Все разрезы находятся не далее 42 км от столицы Хакасии г. Абакана. На территории республики находится развитая транспортная инфраструктура - железнодорожные магистрали с двумя выходами на транссибирскую магистраль - в г. Ачинске и пос. Тайшет, а также на юге сообщение с Кемеровской областью. Автомобильное сообщение имеет транспортный выход на север, северо-восток, на юг, в сторону республики Тыва и на запад, в сторону г. Новокузнецка. Первый и самый старый в Хакасии по возрасту разрез «Черногорский» работает с 1961 г. по сей день. Черногорское месторождение каменных углей разрабатывают три разреза: «Черногорский», «Черногорский 2» с 1986 г. и с 1983 г. разрез «Степной».
ГОРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
Получить картину экологического состояния территорий с открытыми горными работами позволяет горно-экологический мониторинг, основанный на использовании космических технологий дистанционного зондирования природных экосистем. Чтобы распознавать изображения требуются не только профессиональные навыки, но и систематически получаемые знания о том, с какими свойствами объекты отображаются на снимке, а какие отображаются искаженными. Некоторые элементы изучаемого объекта не совсем корректно калиброваны, но, тем не менее, отображены на снимках и должны изучаться в ходе проведения наземных полевых исследований. Последние выборочно, но регулярно проводились нашим коллективом на исследуемых объектах в 2010-2016 гг. Положительным моментом использования космосним-ков является то, что на снимках отображаются объекты невидимые с земной поверхности вследствие их больших размеров.
Космические снимки исследуемой территории размещены на официальных сайтах: Global Land Cover Facility (GLCF);
United States Geological Survey (USGS). В нашей работе использованы космические снимки со спутников Landsat 8. Определены комбинации каналов для наилучшей визуализации растительного покрова на горнопромышленном ландшафте: для мультиспектрального сканирующего радиометра ТМ - каналы 6, 4, 3; для мультиспектрального сканирующего радиометра OLI - каналы 5, 4, 3. Этот спектральный синтез позволяет уверенно распознавать различные объекты. После обработки снимков выполнено визуальное дешифрирование. Результаты представлены на рис. 2,3,4.
Для классификации и выделения растительного покрова в карьерах и на отвалах на снимке использована программа ArcMap 10.1. Оттенками зеленого цвета на всех рисунках выделены классы растительного покрова: хорошо развитая древесно-кустарниковая растительность, слаборазвитая древесно-кустарниковая растительность, участки с признаками восстановления растительного покрова и др. Синим цветом показаны техногенные водоемы, территориально привязанные к локальным понижениям в техногенном рельефе (карьерные выемки) при заполнении их атмосферными осадками и подземными грунтовыми водами. Черным цветом выделены вскрытые или отработанные угольные пласты. Оттенками серого цвета
показаны участки горнопромышленного ландшафта без растительного покрова. Отсутствие растительного покрова на разрезах наблюдается на откосах уступов, капитальных и временных въездных траншей, на площадках рабочих уступов и свежеотсыпанных отвалах.
Анал из структуры на рушенных земел ь на разрезах «Черногорский», «Степной», «Черногорский 2» показал, что коэффициенты рекультивации и самовосстановления растительной экосистемы (суммарно) находятся соответственно на уровне 0,48; 0,54 и 0,67. По результатам дешифрирования космоснимков (см.рис. 3) проведен анализ структуры нарушенных земель на остальных действующих разрезах: «Изыхский 2», «Восточно-Бейский», «Аршановский», «Бело-ярский», который показал, что коэффициенты рекультивации и самовосстановления растительной экосистемы (суммарно) находятся на уровне соответственно 0,56; 0,44; 0,36 и в последнем случае практически на нулевом уровне, что связано с небольшим сроком эксплуатации разреза с 2014 г.
В своих исследованиях мы не обошли стороной горнопромышленные ландшафты отработанных участков угольных месторождений. Карьерная выемка и породный отвал разреза «Изыхский» (период эксплуатации 1961-2001 гг.) находятся в 950 м на северо-восток от пос. Белый Яр.
á
4
Рис. 2. Фрагменты космоснимков с границами горных работ действующих угольных разрезов на Черногорском каменноугольном месторождении и нанесением выделенных классов горнопромышленных ландшафтов: а - разрез «Черногорский»; б - разрез «Степной»; в - разрез «Черногорский 2»
б
а
в
Рис. 3. Фрагменты космоснимков с границами горных работ действующих разрезов на Бейском и Изыхском каменноугольных месторождениях и выделенных классов горнопромышленных ландшафтов: а - разрез «Изыхский 2»; б - разрез «Восточно-Бейский»; в - разрез «Аршановский 1», г - разрез «Белоярский»
б
а
в
г
а б в г
Рис. 4. Фрагменты космоснимков с границами и выделенными классами горнопромышленных ландшафтов на отработанных участках Изыхского каменноугольного месторождения: а - разрез «Изыхский» (карьерная выемка); б - породный отвал разреза «Изыхский»; в - разрез «Изыхский Южный»; г - разрез «Западный»
Карьерная выемка с внутренними породными отвалами разреза «Изыхский Южный» (период эксплуатации 19882010 гг.) находится в 3300 м на восток от пос. Белый Яр и примыкает северным флангом к южному сектору породного отвала разреза «Изыхский». Отработанная карьерная выемка с внешним и внутренним отвалом разреза «Западный» (период эксплуатации 1992-2009 гг.) расположена в 2000 м на юг от пос. Белый Яр.
Анализ структуры сформированной экосистемы на горнопромышленных ландшафтах отработанных угольных разрезов «Изыхский» (карьерная выемка и породный отвал), «Изыхский Южный», «Западный» показал, что коэффициенты рекультивации и самовосстановления растительной экосистемы (суммарно) к моменту оценки достигли уровня 0,98; 0,87; 0,66 и 0,68.
Экологическое состояние горнопромышленного ландшафта, сформированного при работе разреза «Изыхский», можно считать индикаторным с позиции максимального приближения экологических показателей к показателям природных ландшафтов. На участках породного отвала разреза «Изыхский» с категорией «участки с древесно-кустарниковой растительностью» в основном наблюдается произрастание вязов, поселение которых связано с ветровым переносом семян с материнских деревьев, находящихся вблизи отвалов на территории степной природной зоны в естественном состоянии. На этих же участках отвала обнаружены одиночные сосны, два вида тополя и два вида березы, осина, а также произрастают кустарнико-
вые виды - тальник, облепиха, черемуха. На сегодняшний день в результате лесной рекультивации на породном отвале произрастает хорошо развитый лиственный лес (вяз мелколистный) на площади 91 га. Как показали результаты дистанционного мониторинга и полевых исследований, выбранный тип деревьев прекрасно развивается на территории горнопромышленного ландшафта. Сплошной травянистый покров хорошо развивается на разобщенных участках, покрытых древесно-кустарниковой растительностью, поскольку поселение представителей самого нижнего растительного яруса совпадает по времени с поселением представителей второго и третьего ярусов древесно-кустарниковой растительности. Как видно на космоснимках, древесно-кустарниковая растительность хорошо развита на участках породных отвалов, отсыпанных не ранее чем 15-20 лет назад и не тронутых в ходе работ по горнотехнической рекультивации (выравнивание и планировка поверхности отвалов).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проанализировав структуру нарушенных земель на площади 453 га и восстановленной экосистемы при разработке Изыхского каменноугольного месторождения, переходим к формулировке выводов. Коэффициент самовосстановления природной экосистемы без вмешательства человека в этот процесс, в условиях климата Хакасии, для отработанного карьера на площади 131 га составил 0,37. Коэффициент лесной и водной рекультивации соста-
2117
\
257
I"! участки с травянистой растительностью, га и участки с травянисто-кустарниковой растительностью, га □ участки под древесно-кустарниковой растительностью, га горные выработки и отвалы без растительного покрова, га й вскрытые угольные пласты, угольная крошка, га
участки с признаками восстановления растительного покрова, га П техногенные водоемы, га участки под хорошо развитым лиственным лесом, га
Рис. 5. Структура нарушенных земель под горными работами и сформированной экосистемой на угольных разрезах Республики Хакасия
вил 0,24 и 0,37 соответственно. В целом коэффициент восстановления растительной экосистемы для этого объекта находится на очень высоком уровне - 0,98, что говорит о высокой социальной и экологической ответственности угольного бизнеса. Для породного отвала коэффициент самовосстановления экосистемы на площади 322 га составил 0,81, а коэффициент лесной рекультивации - 0,28.
За весь период разработки угольных месторождений открытым способом на территории Республики Хакассия площадь нарушенных земель составила порядка 5222 га. Площади нарушенных земель под горными работами и сформированной экосистемой по категориям земель показаны на рис. 5.
Суммарная площадь участков без растительного покрова, вскрытых угольных пластов и складов составила 2374 га. Средний коэффициент восстановления природной экосистемы в этом угледобывающем регионе достиг уровня 0,435, что является невысоким показателем для климатических условий Хакасии.
Отметим позитивное обстоятельство, связанное с выполнением специальных работ по лесной рекультивации на разрезах «Черногорский», «Степной» и «Изыхский» с высадкой саженцев вяза мелколистного на породных отвалах и нерабочем борту карьера (в последнем случае), что несомненно сказалось на улучшении экологической обстановки в целом на территории, прилегающей к горным отводам этих разрезов.
ECOLOGY
UDG 622.85:622.33.012.3(571.51):550.814 © I.V. Zenkov, B.N. Nefedov, Yu.P. Yuronen, N.B. Nefedov, 2017 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 9, pp. 72-75
Title
ENVIRONMENTAL CONDITION REMOTE SOuNDING AND FIELD SuRVEYS OF THE LANDS,
disturbed by coal mining open pits in the republic of khakassia
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-9-72-75 Authors
Zenkov I.V.1- 2, Nefedov B.N.1, Yuronen Yu.P.2, Nefedov N.B.3
1 Special Design and Technological Bureau "Nauka" of Institute computational technology of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (SDTB "Nauka" ICT SB RAS), Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation
2 Federal State-Funded Educational Institution of Higher Professional Education (FSFEI HPE) "Reshetnev Siberian State University of Science and Technology'; Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
3 Institute computational technology of Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 630090, Russian Federation Authors' Information
Zenkov I.V., Doctor of Engineering Sciences, Merited Ecologist of the Russian Federation, Professor, e-mail: [email protected] Nefedov B.N., PhD (Engineering), Deputy Director Yuronen Yu.P., PhD (Engineering), Associate Professor Nefedov N.B., Graduate student
Abstract
The paper presents the results of remote sounding to determine the area of the lands disturbed by coal open pit mining in the Republic of Khakassia during coal deposits exploration. The types of vegetation ecosystems, either formed during reclamation works or naturally regenerated on top of rock dumps and residual mine workings, were identified.
Keywords
Republic of Khakassia, Coal open pits, Dumps reclamation, Vegetation self-regeneration, Earth remote sounding , Vegetation ecosystem, Environmental efficiency.
