1
УДК;61.3;622.7;591.615 ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС И ГОРНЫЕ ДОЛИНЫ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА. СЛАГАЕМЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ. Алборов И. Д. Тедеева Ф.Г. Цгоев Т.Ф. Харебов Г.З. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет), Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства РСО – Алания г. Владикавказ ekoskgmi@rambler.ru
Аннотация. В статье приведена физико географическая характеристика Фиагдонской долины Республики Северная Осетия Алания, дается характер проявления антропогенной нагрузки на экосистему и участие горнопромышленной отрасли в формировании качество окружающей среды. Характеризуется понятие горнопромышленная система и даются факторы, определяющие ее экологическое состояние, сформулированы составляющие уровня риска для территории при добыче полезных ископаемых и дана их классификационная характеристика. Ключевые слова: горная долина, горнопромышленная система, антропогенная нагрузка горной долины, экологическая напряженность, экологический риск.
Горные долины в отрогах гор Кавказа представляют собой специфические экосистемы, характеризующиеся существенной их изоляцией с точки зрения распространения водных и воздушных потоков, концентрацией склонового сноса в тальвегах, мозаичной микроклиматической обстановкой. В последние годы резко возросла рекреационная привлекательность и ценность горных
2
ландшафтов. Возросшие нервно психологические нагрузки людей вынуждают их искать места отдыха от бремени урбанизации индустриального образа жизни(1.Ильин С.А.1993.г.). Красота и величие гор, чистота воздуха, ощущение монументального могущества гор –все эти факторы приобрели ощутимое экономическое значение. Горный туризм в ряде стран, в том числе международный, стал в некоторых странах весьма существенным источником дохода. Горнопромышленная система является совокупностью природного и техногенного
рельефа,
составляющей
экосистемы,
в
которой
происходит естественный оборот реципиентов и комплекс взаимосвязанных необходимых
объектов
техногенеза
проживающего здесь населения.
для
удовлетворения
Составной частью
потребностей
горно- промышленной
системы является долина , в которой, как правило, протекает река. Антропогенная нагрузка горной долины определяет степень и характер загрязнения не только самой долины, но и плоскостных ландшафтов в их устьевых частях. Современный уровень антропогенной нагрузки на горные долины
Кавказа
достаточно
высок,
распределение
нагрузки
по
разным долинам при этом крайне неравномерно. Наиболее напряжённая экологическая ситуация сложилась в тех долинах , в которых недропользование приобрело индустриальный характер, где функционируют горно-обогатительные комплексы с развитой сетью автомобильного транспорта и социальная инфраструктура (2. Алборов И.Д., Хадзарагов А.П. 1974г. 3.Алборов И.Д., Тедеева Ф.Г. Кантемиров В.В. Статовая Ю.Г. 2012. ). К ним следует отнести долины рек: Ардон, Фиагдон (Республика Северная Осетия - Алания ), Баксан ( Кабардино-Балкарская Республика), Кубань (Карачаево- Черкесская Республика ).
3
В других долинах более благоприятная экологическая обстановка. В то же время,
в
самом
ближайшем
будущем
переориентация
горнорудной промышленности с рудного на нерудное сырье связанно с изменением как технологий производства , так и его географии: намечается освоение
высокогорных
степных
ландшафтов
подскарновой
зоны в качестве пастбищ , туристического и рекреационного кластера и т.д. Ожидаемые изменения вызовут дополнительные социально- миграционные процессы , широкомасштабные
изменения инфраструктуры и в конечном
итоге существенные деформации экологической обстановки в
ряде горных
долин Кавказа и прилегающих к ним предгорных ландшафтов (5. Голик В.И., Алборов И.Д. 1997г, ) Анализ выполненных показывает,
исследований по освоенным горным территориям
что уровень загрязнения окружающей природной среды как
минимум не отвечает требованиям санитарных норм, а в некоторых случаях во много раз превышает нормативные требования. Поэтому хозяйственное освоение горно- промышленных территорий требует системного подхода с использованием деформированных ландшафтов для изучения экологического состояния,
разработки
научно-обоснованных
мероприятий
по
их
восстановлению или предотвращению дальнейших деградаций компонентов природной среды, установления границ эффективного использования в хозяйственных и других целях при перспективном социально-экологическом их освоении. Наиболее
адекватным представляется системный подход с
использованием моделирования
разных уровней.
В качестве объектов
исследований принимаются три горно –промышленные
наиболее высокие
горные системы: долина реки Ардон, долина реки Фиагдон , долина реки Баксан., а в качестве эталонного объекта выбрана долина реки Фиагдон. Этот выбор обусловлен как разнообразием сложившегося в
долине природно-
4
техногенного комплекса, так и полных
прогнозируемых в ближайшее время
экономических и социальных изменений, для осуществления которых необходим учет
сложившийся экологической обстановки и научно-
обоснованный прогноз её развития. Таким образом, целью исследований является оценка сложившейся экологической
обстановки
в
результате
промышленных предприятий, разработка
деятельности
горно
–
методики экологической оценки
горных долин при различных моделях дальнейшего развития антропогенной деятельности
,
интенсивности
научное
обоснование
хозяйственных
регулирования
процессов
в
направления
оптимальном
режиме
и при
обеспечении экологической безопасности. Одним из возможных способов оценки экологической напряженности горнопромышленных деградации и
регионов, на наш взгляд, мог бы стать уровень
разрушения
горного отвода при добыче и переработке руд
подземным , открытым и комбинированным способами , причем, если принять площадь горного отвода за Sг.о., площади занимаемой техногенной деятельности человека в рассматриваемой зоне ,а именно : Sа.д – площадь занимается автодорогами
разной
категории;
Sл.э
–
площадь
занимаемая
линией
электропередач с учетом охранной зоны в соответствии с Сан ПиН; Sп.п. –площадь некондиционных
отведенная руд ;
для
складирования
Sх.в. –площадь отведенная
переработки рудного сырья; Sс.с. –площадь
пустых
пород
и
под отходы (хвосты)
отведенная под социальную и
жилищно-коммунальную инфраструктуру ; Sк.л – площадь
занимаемая
карьерной добычей с учетом мульды обрушения; Sв.п. – площадь занимаемая воронками провала при обвале поверхностных пород над отработанными камерами и другими горными
выработками и др. Общая площадь
возмущенных ландшафтов складывается из суммы отдельных ее составляющих
5
и, чем больше доля возмущения, тем опаснее уровень деградации природной среды. При отношении ∑Sт.д./Sг.о ≤ 0,25 уровень напряжённости оценивается как допустимый ,при
∑Sт.д./Sг.о.
= 0,25÷0,5
– экологическая ситуация
оценивается как удовлетворительная ,при ∑S′т.д./Sг.о. = 0,5-0,75 – уровень опасной
напряженности
,
территории
нуждаются
в
серьезных
восстановительных работах, при ∑Sт.д./Sг.о. >0,75 уровень катастрофической напряженности . Территория не подлежит восстановлению в ближайшие 2030 лет. Такая оценка экологической напряженности территорий планировать восстановительные
рекультивационные
позволяет
работы на отдельных
участках с тем, чтобы не войти в зону с устойчивой деградацией горного отвода. В настоящее время антропогенный процесс является ведущим фактором
в
формировании
стремительность
фаунистических
комплексов.
При этом
трансформации ландшафта не дает возможность многим
видам адаптироваться к меняющимся условиям. В тоже время широко ареальные
пластичные виды значительно увеличивают
расширяют ареал. Наблюдается
численность
и
синантропизация некоторых аборигенных
пластичных видов ( куница ,альпийская галька). Эти тенденции,
по-
видимому, будут усиливаться в ходе дальнейшего вовлечение экосистем в хозяйственный оборот. Введение
мониторинга растительного и животного мира по своей
периодичности не может осуществляться в режиме мониторинга атмосферы и геологической среды, но он должен входить в качестве составной части регионального мониторинга. При этом принципиальное значение имеет подвижность биосистем в отличие от косных сред. Наиболее адекватную оценку состояния среды может обеспечить только «площадной» подход, широко используемый в геологии и в среде других наук
6
о Земле – массовое наблюдение других параметров среды в точках регулярной сети зависящей от масштаба ( деятельности ) исследований. Обследование динамики
процессов
обеспечивается
режимом
мониторинга
–системой
повторяющихся во времени и пространстве наблюдений . Взаимосвязь явлений, процессов устанавливается при систематическом подходе . Результативность данных выводов опирается на систему контроля сбора данных и лабораторных исследований литологического контроля и использования соответствующего аппарата математической статистики. В равной степени отработанны в разных областях знаний, в том числе
и в экологии основы моделирования разных
уровней. Наиболее приемлемой и достаточно корректной альтернативой является
разработка
моделей,
опирающихся
на
ограниченный
объем
наблюдений, но достаточно адекватных моделируемому объекту в рамках требований поставленной задачи( 6. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. 1998г. ). При этом достоверность моделей будет зависеть от её уровня. Уровень модели, в свою очередь, определяется качеством и формами
имеющихся данных
-параметров модели. Так, при отсутствии достаточного объема количественной информации не приемлема машинная реализация модели; в этом случае в соответствии с поставленной задачей и на основе специального анализа может быть реализована концептуальная модель (8.Бекжанов Г.Р., Бугаев А.Н.,1987г.), модель «Основанная на четкой гипотезе, не имеющая в настоящее время математического решения». Такая модель состоит
из трех основных свойств: общности, реальности и
точности. Может реализовать два - общность и
реальность - 2-ой
класс
моделей по Левипсу ( 9. Каждан А.Б., Гуськов О.Н., 1990г.), что в ряде случаев может быть достаточно для решения поставленной задачи. Кроме того, такая модель может управлять процессом сбора новых данных в дальнейшем, обеспечивающих возможность
формализованного
подхода и развития
концептуальной (гипотетично- дедуктивной ) модели в структуризованную модель с машинной реализацией .
7
Первые геологические исследования в долине реки Фиагдон выполнены в 80-х годах ЦОМГЭ ИМГРС( 10. .Тимошкин Г,А., Беседин Э.И., Никколова Б.С. 1988г.) Работой охвачена вся территория Северной Осетии, выявлены ареалы загрязнения
в районах расположения заводов города Владикавказ и
Садонского свинцово- цинкового комбината. В нем отсутствуют данные по притокам,
расположения точек опробования почв вдоль русла реки
вне
сельскохозяйственных угодий и аграрно-селитебных зон. Таким образом, имелись данные по общей характеристике загрязнения тяжелыми металлами донных отложений реки Фиагдон, почв в тальвеговой части долины, грунтов в районе хвостового хозяйства обогатительной фабрики и данные о химическом составе реки Фиагдон выше и ниже поселка рудника. Из анализа имеющихся материалов наиболее реальными и достаточно адекватными
представляется
моделирования на основе новых
использование
метода
концептуального
описаний и графических построений/8/.
Могут быть формализованы в виде математических моделей отдельные части подсистемы, характер сведений химических элементов в природных и техногенных геохимических аномалиях и т.п. Для этой цели был выбран
эталон экосистем « Горная долина» по
следующим обстоятельствам : - долина реки Фиагдон расположена в центральной части горной Осетии симметрично относительно других долин, что может иметь определяющую роль в распределении признаков географического характера; -
параметры реки Фиагдон (расход, протяженность, климатические
факторы) близки к средним для региона; - геологический разрез по низинам реки наиболее дифференцирован , что может оказывать влияние на химизм почв и грунтовых вод .
8
В пределах долины сформировался развитый большой компактности
многокомпонентный
природно- технический комплекс (15.Алборов И.Д.,
Бубнов В.К., Спирин Э.К., Капканщиков А.М. 1994г. ), включающий такие зоны как: а) природоохранные: государственный заповедник, заказник; б)
рекреационные:
климатический
социально-
детский
оздоровительный
санаторий,
филиал
комплекс
турбазы
Хилак,
«Алагир»,
места
неорганизованного отдыха городского населения; в) горнопромышленные: свинцово– цинковый комбинат,
обогатительная
фабрика, хвостохранилище, участок выщелачивания медных руд, карьеры по добыче и переработке нерудного сырья ; г) селитебные: урбанизированные – поселок Фиагдон , агрохозяйственные и селитебные провинции; д) лесоохранные и лесотехнические; е)
агроживотноводческие:
отгонные пастбища,
сенокосные угодья,
овцеводческие фермы, свинотоварные и крупного рогатого скота; ж) линейные : газопровод и автотрасса с асфальтным покрытием с подвижными источниками загрязнения. Таким образом, наличие приведенных выше факторов и обстоятельств определили объект исследования. Основными источниками загрязнения воздушной среды являются : асфальтобетонный
завод
в
с.
Дзуарикау.
Выбросы
завода
включают
углеводороды, сажу и пыль; ареал загрязнения обогатительной фабрики охватывающий около 5500 кв. м, причем, селитебная зона поселка не задевает негативное влияние;
9
хвостохранилище на площади около 60000 кв. м, с эмиссией тяжелых металлов техногенного генезиса; хозяйственная деятельность аулов и др. поселений сезонного характера. Источниками загрязнения поверхностного стока являются(16.Алборов И.Д., Савченко Е.М. 2012г. )/ : хвостохранилище рудника - по тяжелым металлам ( см. характеристику); п. Фиагдон – по органике ( аммиак ) и СПАВ; Верхний Фиагдон - по микробиологическим показателям.
Характеристика фиагдонского хвостохранилища Площадь Объем Название техногенного объекта
Полезные компоненты
Запасы в тыс. тонн
Гранулометриче ский состав
хвосты 5,6 га фиагднской обогатител ьной фабрики (ФОФ)
Pb – 0,13% Zn – 0,15% Au – 0,08 г/т Ag – 3,55 г/т Bi – 0,002% Cd – 0,003% Fe – 3,73% SiO2 (кремнезем) – 57,92% Са – 6,25% Mg – 2,15 % Al – 10,24% As – 0,06%
Pb – 3,069 тыс. тонн Zn – 3,573 тыс. тонн Bi – 0,047 тыс. тонн Cd – 0,071 тыс. тонн Fe – 88,85 тыс. тонн SiO2 (кремнезем) – 1379,8 тыс. тонн Ca – 148,89 тыс. тонн Mg – 51,21 тыс. тонн Al – 243,94 тыс. тонн As – 1,42 тыс. тонн
0,63 мм – 1,5% 0,315 мм – 12,5% 0,16 мм – 45,3% менее 0,16 мм – 40,7%
2382,3 тыс. т
10
Полезные компоненты
Запасы в тыс. тонн
Свинец – 0,16%
свинец – 6,02 тыс. т
Цнк – 0,08%
цинк – 3,01 тыс. т
золото – 0,01 г/т
золото – 37,66 г/т
серебро – 5,13 г/т
серебро – 75,32 г/т
висмут – 0,002 %
висмут – 0,075 тыс. т
кадмий – 0,001%
кадмий – 0,038 тыс. т
железо – 4,52%
железо – 170,22 тыс. т
сера – 2,09%
сера – 78,709 тыс. т
кремнезем – 64,0%
кремнезем – 2410,24 тыс. т
кальций – 0,89%
кальций – 33,5174 тыс. т
магний – 0,60%
магний – 22,596 тыс. т
алюминий – 5,36%
алюминий – 201,85 тыс. т
калий – 2,49%
калий – 93,77 тыс. т
натрий – 0,80%
натрий – 30,12 тыс. т
мышьяк – 0,05%
мышьяк – 1,88 тыс. т
марганец – 0,16%
марганец – 6,02 тыс. т
титан – 0,15%
титан – 5,64 тыс. т
углерод – 1,63%
углерод – 61,38 тыс. т
11
Ареалы тяжелых металлов в донных отложениях упомянутых поверхностных водотоков
практически отражает аккумулятивный интегральный эффект
загрязнения вод . Существенное повышения содержания ряда металлов в донных отложениях ниже хвостохранилища достоверно документирует наложение техногенной составляющей на природную. Хорошая
корреляция техногенных ареалов в
донных отложениях и в воде позволяет применять эти два метода в комплексе или взаимно заменяя их. По данным донного опробования можно определить участки
загрязнения,
на
которых
необходимо
проводить
мониторинг
загрязнения воды методами гидрохимии .
Выводы. 1. В
горных
экосистемах восточного склона Кавказских гор наиболее
индустриально
освоенными
Центральная часть,
в техническом аспекте
включающая Алагирское и Фиагдонское ущелья
(Северная Осетия ) , Баксанское ущелье Республика),
являются
( Кабардино-Балкарская
Теберда и Домбай (Карачаево- Черкесская Республика).
Здесь идет многолетняя добыча и переработка полиметаллических руд, в результате чего минеральные частицы техногенного генезиса разносятся ветровым потоком по всему атмосферному бассейну ущелий, охватывая предгорные и равнинные зоны. В горной части региона сосредоточены многотонные объемы отходов горной отрасли в виде вскрышных пород в объеме более 180 млн тонн ; хвостов переработки шеелитовых руд в объеме 150 млн тонн, в долине реки Баксан; 130 тыс. м3 коренных и некондиционных пород и около 6,5млн. тонн хвостов обогащения свинцово- цинковых руд в долине реки Ардон и
12
Фиагдон; 700 тыс. тонн в Эльбрусском ущелье у истоков реки Кубань и Теберда;
отходы
обогащения
радиоактивных
месторождения урановых руд (г. Лермонтов)
руд
Быкогорского
Ставропольского края,
способные негативно влиять на все сферы обитания и представляющие повышенный риск природной среде и человеку. 2. Накопленный продолжительное время ущерб окружающей среде в зоне деятельности способствует
техногенных деградации
образований
окружающей
особенно
среды
и
литосфере,
фрагментальной
изменчивости ландшафтов , приводящих к истощению биоразнообразия вплоть до исчезновения различных его видов. 3. Создаваемая экологическая обстановка нуждается в оздоровлении путем принятия
специальных:
технологических
мер
по
организационных, снижению
технических
экологической
нагрузки
и на
экосистему горных ландшафтов и восстановления устойчивых форм ее функционирования. 4. Только системный подход к решению проблем экологии в зоне активной деятельности добычи геоматериалов может восстановить природное равновесие, обеспечить гармоничное развитие общества и природы. Реализация такой концепции возможна при взаимодействии органов государственной власти через принятия соответствующей нормативной основы
и науки, путем разработки и внедрения экологически
обоснованных проектных решений.
13
Литература: 1. 1. Ильин С.А.Нагорные карьеры мира.Часть 1 Нагорные карьеры дальнего зарубежья. М.:ИАЦ ГН,1993.-224с. 2. Алборов И.Д., Хадзарагов А.П. Некоторые исследования по снижению запыленности воздуха, подаваемого в Архонский рудник. Тр. СКМИ, вып. XXXIV. Оржоникидзе. 1974. 3.Алборов И.Д., Тедеева Ф.Г. Кантемиров В.В.
Статова Ю.Г. «Состояние
окружающей среды в зоне деятельности хвостохранилища
тырныаузкого
вольфрамо - молибденового комбината». Technologies and Practices in Underground Mining and Mine Construction. Devin, Bulgaria. October 2012. pp.122-125. 4.Алборов И.Д., Теблоев Р.А. Оценка воздействия предприятий на окружающую среду и определения уровня экологического риска. Депонирована в ВИНИТИ.1998. 5. Голик В.И., Алборов И.Д. Проблемы экологии и жизнедеятельности Северо - Кавказких рудников. Материалы
I-ой Международной конференции «
Комплексное изучение и эксплуатация месторождений полезных ископаемых». Новочеркасск. 1997. 6.Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология «Высшая школа» М.1988г. 272 с. 7. Каждан А.Б., Гуськов О.Н. Математические методы в геологии. «Недра», М.1990. 251 с. 8. Бекжанов Г.Р., Бугаев А.Н., Лось В.Г. Геологические модели при прогнозировании ресурсов полезных ископаемых. «Недра», М1987г.140 с. 9. Каждан А.Б., Гуськов О.Н. Математические методы в геологии. «Недра», М.1990. 251 с. .
14
10.Тимошкин Г,А., Беседин Э.И., Никколова Б.С.
Отчёт по эколого-
геохимической оценке состояния окружающей среды санаторно-курортных зон Северного Кавказа,1988г. 85с. 11.Газданов А.И., Ганевская Т.А. Разработка опорной сети литомониторинга Северо-Осетинского Государственного заповедника г.Владикавказ 1990 г. 120с. . 12. Алборов И.Д.,
В.И. Голик
Защита окружающей среды при подземной
добыче металлов. Ж. "Безопасность труда в промышленности"1995г 13.Алборов И.Д. Экология промышленного производства. - Владикавказ: Рухс, 1996, - 345с 14.Голик В.И., Пагиев К.Х., Алборов И.Д. и др. Теория и практика добычи и переработки руд. – Владикавказ: - 498 с. 15.Алборов И.Д.,
Бубнов В.К., Спирин Э.К., Капканщиков А.М.
Теория и
практика добычи полезных ископаемых для комбинированных способов выщелачивания. – Акмола: 1994. - 465 с. 16.Сурков Ф.А., Кизильштейн Л.Н. Фролов А.В. и др. Охрана природной среды. Пособие для инженера-эколога. СКНЦВШ. Ростов-Дон. 1992 г., 318 с. 17.Алборов И.Д., Савченко Е.М. «Экологическая катастрофа Фиагдонского ущелья». Technologies and Practices in Underground Mining and Mine Construction. Devin, Bulgaria. October 2012. pp.166-120.
15