Тема 4. Опасные факторы, источники и виды техногенных воздействий.

Лекция 12. Воздействие горнодобывающих предприятий на окружающую среду.

Предприятия горнодобывающей и перерабатывающей отраслей оказывают наибольшую техногенную нагрузку на окружающую сре­ду. Так, в 2000 г. площадь нарушенных горными работами земель на территории России составила 1282,6 тыс. га, бо­лее 10 % из которых приходится на хранилища твердых отходов; 20 % очагов загрязнения подземных вод связано с проникновением загрязняющих веществ из накопителей отходов.

К числу негативных последствий следует отнести трансформацию ландшафтов, ухуд­шение состояния атмосферы, сокращение площадей земель, пригод­ных для сельскохозяйственного пользования, загрязнение почвенно­го покрова, развитие эрозионных процессов, изменение состояния и свойств горных пород, слагающих основания перемещенных породных массивов, а также гидрологического и гидрогеологического режима рай­она, возникновение горно-геологических процессов и явлений, но­сящих порой катастрофический характер.

Основная технологическая схема горнодобывающего производства состоит из следующих инвариантных к виду полезного ископаемого операций:

• Извлечение горной массы (деформация массива пород, разрушение поверхности, снижение продуктивности почв, устойчивости сооружений и коммуникаций, изменение гидрогазодинамики массива и акваторий, химизма породного массива, силовых полей)

• Вентиляция горных выработок (загрязнение атмосферного воздуха пылью и продуктами взрывания)

• Водоотлив и водопонижение (загрязнение подземных и поверхностных вод)

• Перемещение добытого вещества (загрязнение воздуха, воды, почв, растений)

• Складирование добытого вещества (отторжение земель, механическое, химическое и радиационное загрязнение среды, изменение аэродинамики среды)

• Потребление продукции и образование твердых, жидких и газообразных отходов (загрязнение акваторий, сокращение водных запасов, снижение плодородия почв, затопление, заводнение и деформирование поверхности, газодинамическое, акустическое и радиационное загрязнение)

• Потребление и выделение энергии (воздействие силовых полей, тепловые, световые и другие физические эффекты).

Проблемы экологически безопасного склади­рования:

• геомеханические (сохранение устойчивости откосов, про­гноз уплотнения отложений, прогноз деформаций слабопроницае­мых отложений);

• гидрологические и гидрогеологические (предотвращение поверхностного смыва техногенных отложений и миграции загряз­нителей в поверхностные и подземные воды; создание защитных сооружений - противофильтрационных завес, экранов и т.п.; сохра­нение водного баланса территории);

• аэрологические (закрепление пылящих поверхностей);

• рекультивационные.

Техногенные горные породы и грунты: образования отвалов, террикоников, хранилищ отходов обогащения и переработки полезных ископае­мых, свалок, запыленных площадей, донных осадков, гид­равлически укладываемые грунты природного происхождения и техногенные наносы (гидроотвалы, хвостохранилища, золоотвалы, шламонакопители).

Источниками нарушений и загрязнений являются технологи­ческие процессы производства, изменяющие структуру и динамику функционирования экологических систем.

Основные типы нарушений - геоме­ханические, гидромеханические, аэродинамические, биоморфологи­ческие. Геомеханические нарушения: деформации, провалы, выемки, насыпи; гидродинамические нарушения: зарегулирование, за­топление, истощение, заводнение, подпор и др.; аэродинамические нарушения: разрежение, возмуще­ние, инверсия; биоморфологических нарушений: повреждение, унич­тожение, распучивание.

Главные разновидности загрязнений - литосферные, гидросферные, атмосферные, биоценотические. Литосферные загрязнения: засорение, запыление, замазучивание, закисление, заиливание и др.; гидросферные: основные формы сапробных загрязнений - эвтрофия и гипертрофия; голобных - засоление химическими веществами (твердыми, жидкими и газообразными); закисление, минерализация, замутнение и загазованность; атмосферные: загазованность, заражение, запыление, задымленность и др.; биоценотические: зарастание, некроз и др.

Подземные горные работы оказывают большое влияние на гидрогеологию прилегающих территорий. При извлечении больших объемов полезного ископаемого, особенно с использованием систем разработки с обрушением налегающих пород, в зону сдвижения во­влекаются водоносные горизонты, часто на значительных площадях.

Рудничные воды формируются за счет грунтовых, порово-пластовых, трещинных и карстовых подземных вод, а также дрени­рующих вод из гидрографической сети и инфильтрации атмосфер­ных осадков, технологических вод основного производства. Отдель­ные рудники откачивают из земных недр от тысяч до десятков тысяч кубических метров воды в сутки.

Сливаемые шахтные воды сильно загрязняют поверхность и грунтовые воды, не позволяя использовать почву в традиционных для данного района направлениях. Наиболее распространенными загрязняющими веществами рудничных вод считаются хлористые со­единения и свободная серная кислота, которой часто сопутствуют растворимые соли, главным образом сульфаты железа, меди, цинка, марганца, никеля и др. По хлористым и сернистым соединениям, а также содержанию Са, Mg, Na, К рудничные воды превосходят техническую воду в 5-15 раз, что исключает возможность их использования без предва­рительной очистки и нейтрализации даже в технологических целях. Особую опасность представляют тяжелые металлы.

Отходы горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей: вскрышные породы, попадающие в отвал; отходы обо­гащения, складируемые в хвостохранилище и пр.

Международная стандартизация методов контроля качества объектов окружающей среды.

Системы защиты атмосферного воздуха. Циклоны, фильтры. Системы защиты водной среды. Типы очистных сооружений. Системы утилизации, переработки, захоронения или вторичного использования промышленных, коммунальных, сельскохозяйственных и других отходов.

Примеры практического использования технических систем экологической безопасности в промышленном производстве, на транспорте, в энергетике, коммунальном хозяйстве, строительстве и в сельском хозяйстве.

Лекция 13. Мониторинг изменений компонентов окружающей среды.

Скрининг (разведка, пилотное обследование) – разовое проведение наблюдений (измерений) на закрепленной/незакрепленной сети точек (маршрутов) по широкой программе для ориентировочной оценки состояния окружающей среды и определения перечня загрязняющих веществ. Мониторинг – проведение наблюдений (измерений) на закрепленной сети точек (маршрутов) по заданной программе и с заданной периодичностью для оценки состояния окружающей среды и прогноза его изменения. Контроль –проведение наблюдений (измерений) за конкретным параметром на закрепленной сети точек (маршрутов) с целью проверки соответствия параметров системы установленным требованиям (нормативам).

Экологический мониторинг есть частный случай контроля, проводимого с заданной периодичностью с целью анализа и прогнозирования изменений в изучаемой экосистеме. Статичность контроля и динамичность мониторинга лишь их внешние характеристики. В действительности в обоих случаях речь идет о специальных информационных технологиях.

Основными структурными элементами таких технологий являются:

1. система представительных точек наблюдения

2. система необходимых и достаточных индикаторов

3. система датчиков, обеспечивающих заданную индикацию

4. сети съема и передачи сигналов

5. периферические блоки обработки и архивирования данных

6. центральный блок обработки и отображения информации

7. геоинформационная и экспертная системы.

Все эти семь структурных элементов должны обеспечивать выполнение требований объективности, комплексности и целесообразности, налагаемых на информационную систему в целом.

Основные объекты экологического мониторинга:

• Природные среды (атмосферный воздух; поверхностные воды суши; морские воды; почва и земной покров, ландшафты; геологическая среда)

• Источники антропогенного воздействия, приводящие к поступлению в окружающую среду токсичных, опасных и экологически вредных веществ (сточные воды, промьшленные выбросы и т.д.); к изменению сложившегося или естественного состояния природных сред; к изменению ландшафта территорий

• Природные ресурсы (водные, земельные, лесные и прочие биологические ресурсы)

• Факторы воздействия среды обитания (шум, тепловое загрязнение, физические поля)

• Состояние биоты, ее ареалов и экосистем.

Дистанционные и контактные методы. Контроль окружающей среды с помощью наземных средств измерений (автоматизированные системы контроля качества воздуха, стационарные посты пассивного мониторинга, лидары, телеметрия). Аэрокосмические методы дистанционного измерения представляют широкие возможности для изучения естественной и сельскохозяйственной растительности, определения запасов биомассы и ее продуктивности.

За рубежом созданы региональные мониторинговые геоинформационные системы, особенно в мониторинге загрязнения атмосферы. Геоинформационная мониторинговая система (ГМС) выполняет комплекс функций по сбору информации о текущих значениях параметров геосистем, обработке этой информации в рамках имитационных моделей экологических и климатических процессов развития геосистем и по принятию оптимальных решений. ГМС локального (стационарные средства регистрации, опробования, анализа), регионального (авиационнокосмические средства) и глобального (космические средства) масштаба.

Аппаратура, установленная на спутниках, обеспечивает регистрацию цифровой информации в видимом, ближнем инфракрасном и тепловом диапазонах электромагнитного спектра. Решаются задачи природопользования и экологического контроля: классифицируются земные покровы, фенологические фазы и болезни растений, вызываемые антропогенными воздействиями, оценивается газовый состав атмосферы, выполняется слежение за водной и ветровой эрозией почв, определяются границы снежного покрова, затопления и разливов рек хорошо идентифицируются многие антропогенные изменения в окружающей среде, например, лесные пожары (по шлейфам дыма, лесным гарям), обнаруживаются крупные выбросы вредных веществ в атмосфере и Мировом океане, контролируется состояние озонового слоя и т. п. Наблюдения за дымовыми выбросами позволяют установить по степени прозрачности плотность частиц в факелах. Примеси, составляющие такой факел, можно определить по поглощению радиации в соответствующих зонах поглощения различными газами.

Использование данных спутникового дистанционного зондирования открывает возможность обнаружения фактов нарушения природоохранного законодательства, локализации и установления источников загрязнения. Не исключено поэтому, что спутниковая информация станет доминирующей при контроле за аварийными и нелегальными разливами нефтепродуктов в условиях транспортных операций на Балтике.

На примере данных для Ладожского озера продемонстрированы возможности использования спутниковой радиолокационной информации высокого разрешения для контроля состояния водных объектов и выявления экологических инцидентов. Для решения задач экологической трасологии использованы радиоизображения со спутников Европейского Космического Агентства ERS-1&2 (длина волны 5,7 см). При этом в качестве индикаторов состояния окружающей среды, последствий воздействия на нее природных и антропогенных факторов, местоположения экологических инцидентов и событий используются характеристики ледяного покрова внутриконтинентальных водоемов и соответствующие ему радиолокационные сигнатуры по данным радиолокаторов с синтезированной апертурой - SAR. Пример: Ледовое побоище.

Экологический мониторинг является многоуровневой информационной системой, охватывающей слежение за всем циклом антропогенных воздействий от источников воздействия до реакции отдельных природных сред и сложных экологических систем. Для комплексного подхода к определению допустимых уровней воздействия на организм, популяцию, экосистему, биосферу в целом, надо знать критические показатели и звенья, характеризующие состояние экосистем. Большое внимание при этом должно быть уделено методам математического моделирования.

Принцип многоуровневости экологического мониторинга может быть реализован двумя путями. Прежде всего, это постепенный переход от простых датчиков к сложным, где на первой ступени работают простые и дешевые датчики, регистрирующие отклонение физико-химических параметров от статически определенной нормы. На каждом более высоком уровне контроля число включаемых одновременно работающих датчиков меньше, чем на предыдущем. Последняя; ступень может содержать малое число дорогих универсальных высокочувствительных аналитических приборов, работа которых может быть не автоматизирована, а обеспечиваться малочисленным квалифицированным персоналом. Второй путь связан с реализацией многоуровневого мониторинга, действующего по принципу "космической этажерки", предусматривающему космический, самолетный (вертолетный) и наземный уровни наблюдений.

Оценка трансграничных аэротехногенных воздействий (Пример эстонских ГРЭС, лишайниковая пустыня). Трансграничные водные объекты (Пример рек Нарва, Селезневка, Вуокса).

При организации ЭМ должны учитываться определенные приоритеты. По территориям высший приоритет должен быть отдан: городам, зонам питьевой воды и местам нерестилищ рыб; по средам: атмосферному воздуху и воде пресноводных водоемов; по ингреднентам воздуха: пыли, двуокиси серы и продуктам ее превращений (серной кислоте и сульфатам), тяжелым металлам (ртути, свинцу, кадмию, окиси углерода и окислам азота NО_х, канцерогенным веществам, хлорорганическим пестицидам, нефти и т. д.; по источникам загрязнений в городах: автотранспорту, ТЭС, предприятиям цветной металлургии и т. д.

Системы мониторинга: ЕГСЭМ, МЭС (для СНГ), ЕМЕП, ICP-Forests, IM.

Компоненты ЕГСЭМ - уже существующие ведомственные системы наблюдения и контроля состояния окружающей среды и природных объектов: Роскомгидромет; АСКРО, госатомнадзор, мониторинг лесного фонда Роскомлеса; агрохимислужба и мониторинг загрязнения сельскохозяйственных земель Минсельхоза России; мониторинг геологической среды МПР; санитарный контроль качества среды обитания и здоровья населения Госсанэпиднадзора России и других систем наблюдения и контроля, создаваемых ведомствами для информационного обеспечения решения задач, стоящих перед ними.