5 Разработка проекта рекультивации объекта

5.1 Подготовительный этап

Поскольку проект рекультивации разрабатывается в рамках учебного процесса и не предполагает натурное обследование нарушенных земель, то основу подготовительного этапа составляет детальное и всестороннее изучение природных условий местоположения объекта. Это позволит соблюсти при разработке проекта рекультивационный режим, т.е. определенную совокупность требований по повышению эффективности восстановления компонентов природы, а также правильно оценить лесорастительные условия объекта рекультивации.

5.1.1 Географическое местонахождение объекта рекультивации. В данном подразделе приводятся сведения о крупных населенных пунктах, расположенных в непосредственной близости от объекта рекультивации. Прежде всего, следует охарактеризовать:

– особенности географического положения;

– главные отрасли экономики;

– транспортная инфраструктура;

– численность населения.

Правильный анализ данной информации позволит более грамотно выполнить проект, учтя в нем географические и экологические особенности района расположения объекта рекультивации.

Пример

Ачинск – город краевого подчинения, районный центр Красноярского края, значительный промышленный и культурный центр, транспортный узел.

Город располагается на юго-востоке западной Сибири низменность у подножия хребта Арга – отрога Восточного Саяна, на реке Чулым, его течения, 160 км к западу от промышленного центрального города Красноярска.

В соответствии со схемой территориального планирования Красноярского края Ачинск входит в состав Западного макрорайона Красноярского края. В административном отношении Западный макрорайон представлен 11 муниципальными районами (Ачинский, Балахтинский, Боготольский, Большеулуйский, Козульский, Новоселовский, Шарыповский, Ужурский) и 4-мя городскими округами (Ачинск, Боготол, Назарово и Шарыпово).

Город Ачинск фактически делится федеральной осью железных и автомобильных дорог на две зоны – северную и южную. Южная зона является более развитой в промышленном и сельскохозяйственном отношении. Северная макрозона, в свою очередь, относится к старолесопромышленной, и ее экономическое положение характеризуется как депрессивное.

Площадь территории Ачинска составляет более 61 тыс. м² – предпоследнее место среди других макрорайонов края, однако по численности населения (около 460 тыс. чел.) рассматриваемая территория в регионе уступает лишь Красноярской агломерации, что предопределило и высокие показатели плотности населения, опять же уступающие только центральному макрорайону.

5.1.2 Рельеф и геологическое строение. Данные факторы оказывают большое влияние на степень проявления эрозионных процессов, которые могут в значительной степени осложнять рекультивационные работы.

Так, например, преобладание в естественном рельефе склоновых поверхностей способствует развитию водной эрозии, а его выровненный характер при слабом развитии растительности благоприятствует дефляции (ветровой эрозии). Весьма активно оба вида эрозии протекают и в условиях формирующегося техногенного рельефа. При этом преобладание в нем склоновых поверхностей определяет наиболее сильное проявление водной эрозии, особенно если слагающие их горные породы имеют легкий гранулометрический состав.

Кроме того, влияния на степень подверженности эрозии, гранулометрический состав и другие свойства горных пород в значительной мере определяют их пригодность для биологической рекультивации, а также особенности лесорастительных условий, формирующихся на нарушенных землях.

Пример

Участок города Ачинска представлен надпойменной террасой реки Чулым с относительно ровной увлажненной, иногда заболоченной и заросшей тальником, березой и болотной растительностью поверхности.

Город Ачинск расположен в острогах Ачинского хребта и географически в пределах Чулымско-Енисейской области. Среднесибирского плоскогорья с абсолютными отметками поверхности 300-500 м.

Особенностью почвенного покрова района резкая смена свойств почв на небольших расстояниях, что обусловлено влиянием нанорельефа.

Наиболее распространенными почвами являются оподзоленные черноземы, для которых характерен четко дифференцированный профиль. Верхний гумусовый горизонт А1 темноокрашенный с хорошо выраженной комковато-зернистой структурой и кремнеземистой присыпкой снизу.

Нижняя часть А1 часто выделяется как А2В. Иллювиальный горизонт В коричневого цвета, уплотнен, с ореховатой структурой, имеет кремнеземистую присыпку, отчетливо наблюдающуюся при подсыхании почвы. Карбонатный слой залегает, начиная с глубины 100-120 см. Внизу профиля часто наблюдаются признаки оглеения.

5.1.3 Гидрологические условия. Под гидрогеологическими условиями понимаются характеристики и свойства грунтов, грунтовых вод и среды, в которых производятся рекультивационные работы.

При близком залегании сильноминерализованных грунтовых вод отмечается переувлажнение верхних поверхностных слоев техногенных образований, что затруднит проведение рекультивационных работ, а также негативно скажется на росте и развитии создаваемых здесь насаждений. Исходя из этого, для территории расположения объекта проектирования необходимо привести сведения о химическом составе и степени минерализации грунтовых вод, а также глубине их залегания в различные периоды года.

Пример (фрагмент описания)

Гидрологическая сеть района представлена рекой Чулым с рядом более мелких притоков. Реки имеют равнинный характер, смешанное питание, быстрый подъем во время весеннего половодья. Правый берег реки имеет полого-увалистый рельеф. В восточной и юго-восточной части развита овражно-балочная сеть. В долине реки Чулым, на правобережье выделяются надпойменные террасы. Первая из них возвышается уступом высотой 4-10 м и распложена выше впадения р. Тептятки (центральная часть города), имея абсолютные отметки около 200 м. Вторая надпойменная терраса (абсолютные отметки – 207-220 м), наибольшая по площади, характеризуется ровной поверхностью, включающей небольшие понижения.

5.1.4 Характеристика вскрышных пород. Состав вскрышных пород во многом определяет содержание элементов питания и влагообеспечивающую способность техногенных субстратов и поэтому является основным фактором, определяющим лесорастительные условия отвалов, а, следовательно, и успешность их искусственного облесения.

Состав вскрышных пород, из которых сформирован объект рекультивации, приводится в задании на курсовое проектирование. Согласно ГОСТ 17.5.1.03-86 [5], их классификация по степени пригодности для биологической рекультивации основана на показателях химического и гранулометрического состава и инженерно-геологической характеристике (таблица 5.1).

Наряду с этим, для оценки лесорастительных свойств вскрышных пород можно также использовать классификацию, разработанную Л.П. Баранником [10] для искусственного облесения нарушенных земель. Она лучше соответствует природно-климатическим условиям Сибири и, помимо приведенных в ГОСТ17.5.1.03-86 [5] критериев, учитывает еще и такой важный экологический фактор, как увлажнение местообитаний. Соотношение степени плодородия грунтов и их увлажнения, в значительной мере определяющих характер лесорастительных условий, в данной классификации предполагается обозначать цифровыми индексами: плодородные сухие – I₁, свежие – I₂, влажные – I₃ , сырые – I₄; потенциально-плодородные – соответственно II₁, II₂, II₃, II₄; ограниченно пригодные – IV₁, IV₂, IV₃, IV₄ (таблица 5.2).

Пример

Вскрышные породы – это горные породы, покрывающие и вмещающие полезные ископаемые, подлежащие выемке и перемещению, как отвальный грунт в процессе открытых горных разработок.

В геологическом отношении участок располагается в пределах распространения пород верхнепротерозойско-нижнекембрийского комплекса, представленных порфиритами и их туфами, алевролитами и аргиллитами.

Полезная толща представлена щебеночным материалом коры выветривания коренных пород с суглинистым заполнением и трещиноватыми породами (порфиры, туфы, алевролиты), имеют мощность до 10 м. Вскрыша представлена почвенно-растительным слоем мощностью от 0,1 до 0,4 м.

5.1.5 Климатические условия. Климат является одним из главных факторов, определяющих многие важнейшие аспекты биологической рекультивации, особенно ее лесохозяйственного и рекреационного направлений. Исходя из этого, студент должен привести исчерпывающую характеристику климата района расположения рекультивируемого объекта, используя данные ближайшей метеостанции.

Пример

Климатические условия района проектирования обусловлены расположением в глубине континента и особенностями рельефа. Климат резко континентальный. Его основные показатели приведены в таблице 5.3.

Осень продолжительная, относительно холодная, с затяжными дождями. Весна поздняя, короткая с резкими колебаниями суточных температур и большим количеством ветров, средняя скорость которых колеблется от 1,8 до 3,6 м/с.

Наибольшая глубина промерзания почвы составляет 2,3 м Оттаивание почвы проходит медленно, даже в июне на глубине до 1 м встречается мерзлота, а в сильно заболоченных долинах и ложбинах она сохраняется, как правило, в течение всего года.

Сумма осадков колеблется от 344 до 440 мм, что обеспечивает нормальный рост и развитие древесной растительности.

Таблица 5.1 – Классификация вскрышных пород по пригодности для биологической рекультивации [5]

Почвы и горные породы	Признаки пригодности						Способ использования для биологической рекультивации
	сухой остаток, %	рН водный	подвижный А1, мг/100 г	Na, % от емкости поглощения	фракция < 0,01 мм, %	гумус, %
I. Пригодные:
плодородные
Гумусированная часть почвенного слоя (перегнойно-аккумулятивные горизонты)	0,1-0,5	5,5-8,2	0-3	5	10-75	2 и более	при вскрышных работах складируют и используют для создания пашни и других сельскохозяйственных угодий
потенциально плодородные
Почвообразующие и другие породы благоприятного гранулометрического и минералогического состава	0,1-1,0	5,5-8,4	0-3	5	10-75	2 и менее	пригодны как подстилающие породы при создании пашни, можно непосредственно использовать при лесохозяйственной рекультивации; после улучшения и прохождения стадии мелиоративной подготовки можно использовать под пашню
II. Малопригодные:
по физическим свойствам
Песчаные и глинистые породы	0,1-1,0	5,5-8,4	0-3	0-5	10-75	нет	необходимо глинование или пескование; при создании пашни перекрываются пригодными породами; можно использовать под лесопосадки после проведения необходимых мер по улучшению свойств пород
по химическим свойствам
Кислые, среднезасоленные, солонцеватые почвы и породы	1-2	5,5-9,0	3-15	5-20	10-75	нет	необходимо известкование; проведение промывок; после мелиорации при создании пашни следует перекрывать гумусированным слоем почвы; используют под лесопосадки после проведения необходимых мер по улучшению свойств пород

Продолжение таблицы 5.1

Почвы и горные породы	Признаки пригодности							Способ использования для биологической рекультивации
	сухой остаток, %	рН водный	подвижный А1, мг/100 г	Na, % от емкости поглощения	фракция < 0,01 мм, %		гумус, %
III. Непригодные:
по физическим свойствам
Скальные породы, конгломераты	–	–	–	18 и более	–	нет		перекрываются пригодными грунтами слоем не менее 1-2 м
по химическим свойствам
Сульфидсодержащие и сильнозасоленные породы, солонцы	> 2	> 6,5	нет	20 и более	различного гранулометрического состава		нет	при отвалообразовании укладывают в основание отвалов; должны быть изолированы при создании пашни и посадке леса слоем пригодных пород мощностью не менее 1-2 м; с учетом экономической эффективности в ряде случаев можно проводить коренную химическую мелиорацию (промывку, известкование высокими дозами, гипсование и т. п.), после чего используют под лесопосадки

Таблица 5.2 – Классификация грунтов по лесопригодности [10]

Породы	Основные характеристики	Индекс лесорастительных условий
I – достаточно плодородные для древесной растительности
Лёссовидные карбонатные суглинки и лёссы	рН=5,5-8,4; токсичные соли < 0,4 %; СаСО3< 30 %; подвижный Аl < 30 мг/кг; Na < 5 % от емкости поглощения; физическая глина – 10-75 %	I1 I2 I3 I4
II – потенциально плодородные, но бедные азотом
Аргиллиты, алевролиты, карбонатные глины	химические характеристики те же	II1 II2 II3 II4
III – малопригодные
Песчаники, карбонатные бурые глины	рН=3,5-9; токсичные соли – 0,4-0,8 %; СаСО3 – 30-75 %; подвижный А1 – 30-180 мг/кг; Na – 5-20 % от емкости поглощения	III1 III2 III3 III4
IV – непригодные
Пиритсодер-жащие и твердые скальные породы, устойчивые к выветриванию	рН< 3,5; подвижный А1 >180 мг/кг. У скальных пород химические показатели не определялись	IV1 IV2 IV3 IV4

Снегопады начинаются в первой декаде октября. В конце месяца, снеговой покров приобретает устойчивый характер, сохраняющийся до апреля. Окончательно снег сходит в первой декаде мая. Наибольшая высота снежного покрова (около 60 см) наблюдается в марте.

К неблагоприятным факторам, отрицательно сказывающимся на росте и развитии древесной растительности, следует отнести:

– поздние весенние и ранние осенние заморозки, вызывающие повреждение и гибель всходов, побегов;

– глубокое промерзание и медленное оттаивание почвы, затрудняющее проведение лесовосстановительных работ и снижающее прирост древесины;

– частые сильные ветры в засушливые периоды, создающие условия для возникновения и распространения лесных пожаров;

– неравномерное распределение осадков в течение года и вегетационного периода.

Таблица 5.3 – Основные климатические показатели района расположения объекта рекультивации

Месяцы	Среднемесячные температуры	Абсолютные		Среднемесячное количество осадков, мм	Относительная влажность воздуха ,%
		max.	min.
Январь	-22,9	0,9	-51,5	12	76
Февраль	-23,5	6,2	-49,6	10	75
Март	-12	13,6	-41,9	10	72
Апрель	-1,4	22,8	-32,7	33	62
Май	7	32,4	-15	38	58
Июнь	15,1	37,5	-5,5	45	60
Июль	19	36,9	4,1	68	69
Август	15	32,4	-0,8	75	76
Сентябрь	7,4	30,4	-8,9	42	78
Октябрь	-0,7	20,2	-24,2	35	75
Ноябрь	-14,2	8,8	-45,3	37	77
Декабрь	-24,1	4,2	-50,9	30	80
Средняя	2,3	37,5	-51,5	43,5	72

Ветровой режим местности характеризуют по данным ближайшей метеостанции (таблица 5.4).

Таблица 5.4 – Повторяемость направления ветра, %

Сезон	Румбы
	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Зима	1	2	17	8	18	28	24	1
Весна	2	4	12	7	13	24	32	5
Лето	5	7	8	8	11	17	27	17
Осень	2	4	15	7	13	27	27	4
Год	2	4	16	7	14	25	28	4

В целом, климатические условия территории лесничества, вполне благоприятны для произрастания древесной растительности.

Прежде всего, при анализе климата района расположения объекта должны учитываться те климатические показатели, которые являются определяющими при подборе ассортимента древесно-кустарниковой растений и разработке схем их размещения, а также планировании сроков посадки. К таким показателям можно отнести годовую сумму осадков и их распределение по сезонам года, температуру и влажность воздуха, высоту снежного покрова, глубину промерзания почвы и ветровой режим.

Используя данные о температуре воздуха, определяют оптимальные сроки проведения весенних и осенних лесопосадочных работ, а также начало, окончание и продолжительность следующих периодов: тёплого, активной вегетации и большого цикла вегетации [14].

Промежуток между датами перехода среднесуточных температур воздуха через 0 °С весной и осенью определяет теплый период времени, через 5 °С – период большой вегетации. Период активной вегетации протекает при среднесуточных температурах воздуха выше 10 °С.

Период от даты перехода средней суточной температуры через 5 °С до даты перехода через 10 °С является лучшим временем для весенних посадок, а осенью их рекомендуют проводить в промежуток между датами перехода температур через 10 и 5 °С. Результаты заносят в таблицу 5.5.

Пример

Таблица 5.5 – Сведения о периодах с различным температурным режимом и оптимальные сроки лесопосадочных работ

Период	Дата		Продолжительность, дней
	начало	окончание
Тёплый
Большой вегетации
Активной вегетации
Оптимальные сроки лесопосадочных работ: – весной – осенью

Влагообеспеченность территории за соответствующий период определяют по гидротермическому коэффициенту. Вычисляют как отношение суммы осадков за вегетационный период (за май, июнь, июль, август месяцы) к утроенной сумме средних месячных температур:

ГТК= ∑О/∑Т×3, (5.1)

где ∑О – сумма осадков за период со среднесуточной температурой воздуха выше 10 ^оС, мм;

∑Т – сумма температур за этот же период, ^оС.

ГТК=(36+47+55+69)/[(8,2+15,1+18,0+15,1)×3]=1,2

Исходя из рассчитанного значения ГТК, территорию относят к влажной зоне, умеренно влажной подзоне, природной зоне лесостепи.

Коэффициент водного баланса территории по В.Н. Сукачеву определяется отношением суммы осадков за год к сумме положительных среднемесячных температур за год:

Гв.б.= ∑Ог/∑Т, (5.2)

где ∑Ог – суммы осадков за год, мм;

∑Т – сумма положительных среднемесячных температур за год, ^оС.

К.в.б.=(13+10+10+16+36+47+55+69+41+35+24+18)/(8,2+15,1+18,0+15,1+8,7)=5,7

На основании полученного значения коэффициента водного баланса территорию города Ачинска относят к зоне лесостепи.

5.1.6 Растительность. Как правило, лесохозяйственное направление биологической рекультивации преобладает в районах лесной зоны, где в результате открытых горных разработок уничтожены большие площади лесов. Однако благодаря заносу семян из оставшихся лесных массивов расположенные вблизи них нарушенные земли зарастают не только травянистыми, но и древесными видами.

В связи с этим при разработке проекта лесной рекультивации необходимо учитывать не только лесорастительные свойства самих отвалов, но и особенности процесса их естественного зарастания. Знания видового состава и особенностей развития формирующейся естественной растительности, с одной стороны, позволяют решить вопрос об эффективности искусственного облесения объекта без предварительного улучшения его лесорастительных условий, а с другой – сделать правильный выбор ассортимента пород для рекультивации. При этом в случае сопоставимой требовательности к эдафическим условиям нескольких видов более перспективными для искусственного облесения отвалов являются представители местной флоры, поскольку ее экологические требования в большей степени соответствуют климатическим условиям района проектирования.

Пример (фрагмент)

В растительном покрове господствуют темнохвойные леса, состоящие из пихты ели и кедра (черневая тайга). На возвышенностях и по долинам рек встречаются сосновые боры. Также довольно распространены мелколиственные леса (береза, осина) с редкой примесью сосны. Среди подлесочных видов преобладают черемуха, ольха, боярышник, тальник, малина.