Рекультивация земель Курс лекций для магистров технологического факультета по направлению подготовки 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение
.pdfными котлованами-пазухами. Практически оставленные без внимания человека, техногенные ландшафты долины р. Большой Куранах в суровых биоклиматических условиях криолитозоны самовосстанавливаются медленно. Известно, что процесс самовосстановления техногенно нарушенных ландшафтов сопровождается постепенной сменой нескольких стадий почвообразования и формированием на техногенных поверхностных образованиях (ТПО) разных типов и подтипов почв. В настоящее время почвы долины р. Большой Куранах изучены крайне слабо.
Дражные (галечные) отвалы – наиболее распространенный тип техногенного ландшафта в долине р. Б. Куранах. Они образуются в результате промывки и переотложения золотоносной породы драгой, представляют собой серию прилегающих друг к другу серповидных бугров и имеют высоту несколько метров. На выровненных бульдозером участках наблюдается большая скорость формирования почвенно-растительного покрова, чем на высоких валунно-галечных.
5. Просадочно-карьерно-отвальные ландшафты.
Просадочно-карьерно-отвальные ландшафты характеризуются сочетанием провально-просадочных форм рельефа (ложбины, западины, ямы, воронки, котловины), шахтных отвалов (конические, гребневидные и др.), карьеров и различных отвалов, а также отвалов перерабатывающей промышленности.
В местах добычи полезных ископаемых открытым способом возникают своеобразные антропогенные комплексы – карьеры с отвалами. Добыча полезных ископаемых открытым способом резко возрастает с каждым годом, а соответственно растёт площадь с карьерно-отвальными комплексами. Ка- рьерно-отвальные комплексы – образец глубочайшего воздействия человека на ландшафтную сферу Земли. Здесь происходит полная трансформация не только растительности и почв, но и рельефа, и геологического строения, грунтовых и подземных вод. В карьерах как отрицательных формах рельефа с нарушенной растительностью, формируется особый микроклимат. Глубина карьеров колеблется от нескольких метров до 500 м и глубже, ширина карьерного поля может достигать 5 км. Ежегодно на поверхность выбрасывается миллиарды кубических метров бесплодной породы.
С химико-минералогическим и механическим составом пород отвалов связаны процессы естественного зарастания и возможности их биологической рекультивации, а глубокое залегание или близость грунтовых вод, вызывают формирование ландшафтов различной увлажнённости от очень сухих до болотных и озёрных.
Карьерно-отвальные комплексы очень разообразны. Рассмотрим наиболее распространённые типы местности:
1.Обнажённый карьерно-отвальный тип местности. Это отвалы или очень свежие, не успевшие приобрести развитого растительного покрова, или сложенные малопригодными и полностью непригодными для биологического освоения токсичными грунтами. Преобладают холмистые и волнистые, реже плоские, сглаженные поверхности. Это разнообразие форм рельефа связано с разными способами складирования отвалов и их возрастом. Первым этапом зарастания малопригодных для биологического освоения отвальных грунтов являются водоросли, преимущественно сине-зелёные. Дальнейшее появление и развитие растительности связано с физико-химическими особенностями грунтов. Обнажённый карьерно-отвальный тип местности – один из наиболее распространённых среди карьерно-отвального типа ландшафта, требующих значительных затрат при рекультивации.
2.Терриконники – тип местности, образованный высокими, мощными, преимущественно конусообразной формы, отвалами, возникающими при подземной добыче полезных ископаемых. Это наиболее трудный для рекультивации тип отвалов. Большая мощность, сыпучесть, бесплодность, нередко и токсичность грунтов, сухость, горение терриконов и высокая температура породы
–всё это создаёт трудности для биологической рекультивации терриконов, а сами они зарастают слабо, оставаясь на многие годы мёртвой, безжизненной пустыней, загрязняющей воздух и земли ближайших окрестностей.
3.Тип местности карьерно-отвальных пустошей. Большинство отвалов через определённый – часто значительный промежуток времени покрывается растительностью, более спокойными, менее резкими при этом становятся формы рельефа. Первой появляется сорно-полевая растительность, позже появляются лугово-степные и лесные виды.
Особую разновидность этого типа местности составляют чернозёмные пустоши. Возникают они в местах беспорядочной выработки чернозёма экскаваторами для цветочных городских хозяйств. Неровная мелкобугристая поверхность таких «чернозёмных карьеров» очень быстро, буквально на вто- рой-третий год, покрывается сорно-полевой, а позже степной растительность.
Озерно – холмистый обнажено-пустошный тип местноти. Рельеф такого типа местности представляет равнину с линейно вытянутыми грядами и хаотично насыпанными холмами. Высота гряд и холмов достигает 15-20 м. Межгрядовые понижения часто заняты обширными озерами. Растительность отвалов крайне бедна.
4.Каменоломенный бедленд – акультурный тип местности, возникающий на месте каменоломен. Характеризуется сложной поверхностью –
наличием ровных участков – днища карьера, провалов, останцов, полуразрушенных отвалов, иногда озер, с бедной пустошной кустарниковотравянистой или угнетенной лесной растительностью. От отвальных типов местности он отличается повышенной каменистостью, широким развитием плоских донно-карьерных урочищ, урочищ крутостенных обрывов и ограниченным участием отвальных комплексов.
5. Тип местности окультуренных гидроотвалов. Каждый крупный гидроотвал не одно, а система взаимосвязанных урочищ – ландшафтный участок.
С ростом карьерно-отвальных комплексов все острее становится проблема их рекультивации. Рекультивация предполагает выравнивание поверхности, создание почвенного слоя и последующее использование территории карьеров и отвалов для сельскохозяйственных, лесохозяйственных и строительных целей.
В соответствии с видом хозяйственного использования можно различать следующие рекультивированные типы местности карьерно-отвального типа ландшафта:
1.Пастбищный рекультивированный тип местности. Создаваемые на рекультивированных отвалах пастбища с посевами трав своей продуктивностью обычно не уступают, а превосходят естественные угодья.
2.Лесной рекультивированный тип местности. Используют для посадок местные породы сначала мелиоративного характера, а затем хозяйственно ценные.
3.Полевой рекультивированный тип местности. Чтобы отвалы можно было использовать под посевы сельскохозяйственных культур, требуется строго выровнять их поверхность, нанести значительный слой почвы и в ряде случаев на протяжении нескольких лет практиковать почвоулучшающие мелиоративные севообороты.
4.Рекультивированный озёрно-парковый тип местности. Облесение, сохранение прудов-озёр или искусственных водоёмов создаёт благоприятные посылки для превращения обнажённых и пустошных отвалов в зоны отдыха, спортивной охоты и рыболовства.
Рекультивация требует больших материальных затрат. Но эти расходы при умелом использовании рекультивируемых земель быстро окупаются.
6.Индустриально-«мусорно»-отвальные ландшафты.
Индустриально-«мусорно»-отвальные — это несколько условное название вида техногенного ландшафта предполагает наличие в качестве фоновых урочищ отвалов из отходов перерабатывающей промышленности — золы, шлама, бытовых отходов и т. д.
Значительная часть этих отвалов имеет в своем составе токсичные элементы и является серьезным источником загрязнения атмосферы, грунтовых вод и почвы окружающей территории.
7. Ландшафты частично-поврежденные промышленными выбросами.
Частично поврежденные промышленными выбросами - природные ландшафты, подвергающиеся воздействию промышленно-газовых выбросов в атмосферу, сброса жидких и твердых отходов промышленными предприятиями в реки и на участки, примыкающие к промышленным площадкам (загрязнение нефтью и нефтепродуктами), и т. д. Как правило, рельеф таких ландшафтов не нарушается, но существенные изменения претерпевают их растительный и почвенный покровы, состав животного мира, продуктивность лесных и сельскохозяйственных угодий.
Лекция №3 Тема: Рекультивация и обустройство нарушенных земель.
План:
1.Рекультивация и обустройство отвалов и насыпей.
2.Рекультивация и обустройство нарушенных земель свалками и полигонами ТБО.
3.Рекультивация и обустройство обводненных карьеров.
4.Рекультивация земель нарушенных при добыче полезных ископаемых.
1. Рекультивация и обустройство отвалов и насыпей.
Отвалами называют земляные насыпи, не имеющие делового назначения и образуемые в результате отсыпки грунта, разрабатываемого в любой выемке.
Последовательность мероприятий к выполнению горнотехнического и биологического этапа рекультивации:
1.Снятие почвенно – растительного слоя на площадке бедующего отвала, транспорт и складирование в удобных местах для последующего использования;
2.Формирование откосов отвала;
3.Планировочные работы на сформированных поверхностях;
4.Транспортирование со склада и нанесение почвенно – растительного слоя на сформированные и спланированные поверхности;
5.Строительство дорог целевого назначения, мелиорация;
6.Устройства специальных гидротехнических сооружений при необходимости;
7.Посев семян.
2.Рекультивация и обустройство нарушенных земель свалками и полигонами ТБО.
Скапливание бытовых отходов на мусорном полигоне не может быть бесконечным. В определенный момент полигон ТБО закрывается. После проведения соответствующих работ, занятые земельные участки под ТБО можно рекультивировать или использовать для хозяйственной деятельности. Что характерно, расходы на рекультивацию должны закладываться в стоимость полигонов еще в процессе их проектирования.
Скапливание бытовых отходов на мусорном полигоне не может быть бесконечным. В определенный момент вывоз мусора на свалку прекращается и полигон ТБО закрывается. После проведения соответствующих работ, занятые земельные участки под ТБО можно рекультивировать или использо-
вать для хозяйственной деятельности. Что характерно, расходы на рекультивацию должны закладываться в стоимость полигонов еще в процессе их проектирования.
Рекультивация земель, отданных под полигоны ТБО, это целый ряд поэтапных мероприятий, нацеленных на возрождение ценности земель для хозяйственного использования, а также улучшение условий природной среды и экологической обстановки в регионе.
К процессу рекультивации свалки приступают одновременно с прекращение вывоза мусора на конкретный полигон. Все работы производится поэтапно в следующем порядке:
технический этап,
биологический этап.
Технический этап рекультивации полигона ТБО
Начало производства механизированных мероприятий по защитному экранированию основных плоскостей чаши полигона, накоплению и обработке биогаза, фильтрата, вод сточных.
Можно перечислить основные работы на техническом этапе:
стабилизация и планировка чаши полигона,
установка дегазаторов,
установка оборудования для сбора фильтрата и сточных вод,
установка рекультивационной защиты.
Биологический этап рекультивация полигона бытовых отходов
На данном этапе производится набор агротехнических, а также фитомелиоративных мероприятий, которые служат непосредственно оздоровлению данных земель. К основным работам можно отнести следующие мероприятия:
подготовительные почвенные работы,
посадка и посев растений и трав.
Все данные действия производятся только после проведения определенных изыскательских работ.
3. Рекультивация и обустройство обводненных карьеров.
При рекультивации и обустройстве обводненных карьеров, следует руководствоваться тем, что при производстве выемки грунта необходимо создание ровного и плоского дна. А для того, чтобы впоследствии водоем можно было использовать длительное время без значительного ухудшения качества воды, его минимальная глубина должна составлять не менее 2 м при минимальном сезонном уровне колебания воды. Мелкие водоемы быстро загрязняются и зарастают водными растениями, становясь непригодными для использования. Чем больше размеры карьера, тем больше возможностей для
последующего использования его как водоема. В небольших водоемах, образовавшихся в карьерах площадью до 3 га, наиболее вероятен экологический дисбаланс, и их рекультивация менее эффективна по сравнению с рекультивацией водоемов, образуемых в крупных карьерах.
Обустройство и формирование ландшафта будущего водоема зависят от придаваемой в плане формы карьерной выработки и уровня залегания грунтовых вод. Из условий производства работ по добыче грунтового материала карьерам стараются придать в плане, как правило, прямоугольную форму с соотношением сторон L = 2В, где L и В - длина и ширина карьера, с отведением по его периметру полосы земли для складирования в кавальерах вскрышного слоя почвы и защиты соседних земельных участков. При глубоком залегании уровня грунтовых вод после выемки грунта в таких карьерах образуются высокие и сухие склоны, недостаточно устойчивые к эрозионным процессам. Внешний вид склонов и форма их очертания плохо удовлетворяют условиям формирования ландшафта водоема. После завершения работ в таких карьерах необходимы устройство плавных сопряженных плоскостей откосов и горизонтов выработки с естественной поверхностью земли и придание овальных форм береговой линии.
Карьерные разработки: а - форма разработки карьера в плане (прямоугольная); б - формирование извилистой береговой линии при выемке грунта в карьере
Очертание откосов карьеров определяется их устойчивостью и возможностью использования выработанного пространства в качестве искусственного водоема.
Для обеспечения устойчивости берегов водоема необходимо создание пологих склонов. Крутые склоны менее устойчивы и более подвержены эрозионным процессам, затруднено их озеленение, что препятствует интеграции карьера в структуру ландшафта. Пологие склоны создают в процессе выемки грунта в карьере.
Любая доработка по превращению крутых откосов в пологие после окончания работ в карьере значительно дороже. Особенно трудно дорабаты-
вать пологие склоны ниже уровня воды. На форму очертания откосов карьера также влияет запланированное целевое использование его как водоема; например, для водоемов, предназначенных для купания и отдыха, рекомендуется создавать более пологие склоны по сравнению с водоемами, используемыми для рыбной ловли, гребнопарусного спорта или другого назначения. Возможные профили склонов искусственных водоемов в карьерах показаны на рисунке.
На границе водного пространства склоны должны быть особенно пологими, чтобы предотвратить несчастные случаи на воде и обеспечить развитие растительности, служащей для укрепления берегов. Крутизна берега в этом месте должна быть не менее т = 3 - 10 на расстоянии не менее 1,5 - 2 м от минимального уровня воды в зависимости от целевого назначения всего водоема или его части. На большей глубине склоны могут иметь большую крутизну, оставаясь устойчивыми дли-тельное время. Выше уровня воды береговой склон переходит в берму, устраиваемую шириной не менее 3 м на высоте не менее 1 м над максимальным уровнем воды, которую затем сопрягают с естественной поверхностью земли.
По условиям производства работ в глубоких карьерах откосы, как правило, выполняют более крутыми, с заложением т = 1,5 - 2. В таких карьерах откосы, расположенные выше уреза воды, как правило, сухие, а при заложении т = 2 и более устойчивы по сравнению с откосами, имеющими заложение т = 1,5 и менее, при отсутствии на них сплошной древесной растительности.
4. Рекультивация земель нарушенных при добыче полезных ископаемых.
Рекультивация земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых открытым способом, должна выполняться исходя из необходимости ускоренного и эффективного возврата нарушенных площадей для использования в народном хозяйстве. В процессе ведения добычных и рекультивационных работ необходимо:
·предварительное снятие и складирование плодородного слоя почв, селективная разработка потенциально плодородных пород, а также их укладка в отвалы в объемах, необходимых для создания рекультивационного слоя соответствующих параметров;
·проведение мероприятий по организации стока ливневых и технических вод путем устройства специальных гидротехнических сооружений (водосборных лотков, бетонных водовыпусков иг. д.);
·строительство отводных каналов или специальных устройств для пропуска воды естественных водотоков и перехвата склонового стока при размещении породных отвалов в балках и оврагах;
·устройство обвалований, нагорных канав, водоотводов и других простейших гидротехнических сооружений при размещении отвалов и курьеров на склонах;
·формирование бортов карьерных выемок и откосов отвалов, устойчивых к оползням и осыпям, а поверхности отвалов -- к просадкам;
·обеспечение мероприятий по регулированию водного режима в рекультивационном слое, особенно, если он сложен породами, обладающими неблагоприятными водно-физическими свойствами;
·создание экрана из капилляропрерывающих или нейтрализующих материалов (песок, камень, гравий, пленка и т. д.) при наличии в основании рекультивационного слоя токсичных пород;
·минимальные отметки поверхности внутренних отвалов должны быть выше прогнозируемого уровня грунтовых вод на величину, зависящую от направления рекультивации и механического состава пород; если отметка внутренних отвалов окажется ниже, должны быть предусмотрены мероприятия, исключающие заболачивание рекультивируемой поверхности;
·формирование отвалов из пород, подверженных горению, должно производиться по технологической схеме, исключающей их самовозгорание; при этом рекультивационный слой отвалов должен создаваться из пород, пригодных для биологической рекультивации;