Геоэкологическая оценка и мониторинг антропогенного воздействия горной промышленности курской магнитной аномалии с использованием геоинформационных систем (на примере старооскольско-губкинского района

На правах рукописи

Яницкий Евгений Брониславович

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И МОНИТОРИНГ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КУРСКОЙ МАГНИТНОЙ АНОМАЛИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

(НА ПРИМЕРЕ СТАРООСКОЛЬСКО-ГУБКИНСКОГО РАЙОНА)

Специальность 25.00.36 – Геоэкология

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Астрахань 2009

Работа выполнена на кафедре географии и геоэкологии Белгородского государственного университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

кандидат географических наук, профессор Петин Александр Николаевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

доктор геолого-минералогических наук, профессор Серебряков Олег Иванович,

кандидат географических наук, доцент Сулумов Саламбек Хаитович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ – Курский государственный университет

Защита диссертации состоится 22 января 2009г. в 1200 на заседании диссертационного совета ДМ212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д.1, аудитория 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Текст автореферата диссертации размещен на официальном сайте Астраханского государственного университета http://www.aspu.ru

Автореферат разослан 19 декабря 2008г.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д.1, АГУ, ученому секретарю диссертационного совета ДМ212.009.04

факс 8(8512)44-02-24

e-mail: [email protected]

Ученый секретарь

диссертационного совета Иолин М.М.

к.г.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Россия – ведущая горнодобывающая держава. Она занимает первое место в мире по количеству видов добываемых полезных ископаемых и третье (после США и Китая) по общему объему его добычи. В настоящее время горная промышленность нашей страны является одним из важнейших факторов ее экономического развития.

Разработка месторождений полезных ископаемых сопряжена с антропогенным воздействием на окружающую среду. Особенно сильно оно проявляется в горнопромышленных регионах с крупными запасами минерального сырья и соответственно с высокой концентрацией горного производства, расположенных в центральных районах страны. Таким регионом является Курская магнитная аномалия – главная база железорудной промышленности России и крупнейший производитель строительных материалов.

Начиная с 50-х годов прошлого столетия масштабы добычи и переработки минерального сырья в регионе КМА постоянно росли, а соответственно увеличивались темпы и масштабы деградации ландшафтов, загрязнения окружающей среды и других негативных последствий горного производства. Этим обстоятельством обусловлена актуальность геоэкологической оценки и разработки эффективной системы мониторинга с использованием современных ГИС-технологий антропогенного воздействия горной промышленности на экогеосистему региона КМА

Объектом исследования является Старооскольско Губкинский горнопромышленный район.

Предмет исследования – анализ связей между показателями воздействия горнодобывающих предприятий и результатами этого воздействия с применением ГИС-технологий.

Цель – геоэкологическая оценка и разработка эффективной системы мониторинга антропогенного воздействия горной промышленности КМА (на примере Старооскольско-Губкинского района) с применением ГИС.

Задачи исследования:

1. Анализ факторов и геоэкологическая оценка антропогенного воздействия горной промышленности КМА на окружающую среду с применением ГИС.
2. Установление связи заболеваемости населения с факторами антропогенного воздействия горной промышленности.
3. Разработка на основе ГИС системы мониторинга антропогенного воздействия горной промышленности на окружающую среду.

Исходные материалы и методы исследований. В работе использованы официальные статистические данные органов управления городским хозяйством и здравоохранения, территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Белгородской области, Федерального и Регионального Геологических фондов, законодательных актов. При решении поставленных задач применялись современные компьютерные методы математического моделирования, статистического анализа, тематического картографирования и районирования, а также методы бальных и экспертных оценок.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

• установлен оптимизированный набор факторов антропогенного воздействия горной промышленности, учитываемых при оценке уровня такого воздействия;
• разработана универсальная методика геоэкологической оценки антропогенного воздействия с применением ГИС-технологий;
• проведена экологическая оценка хозяйственной деятельности промышленных предприятий и оценка антропогенного воздействия горной промышленности;
• статистически достоверно доказано отсутствие связи заболеваемости населения с разработкой месторождений железных руд Старооскольско-Губкинского горнопромышленного;
• разработана структура базы данных и специализированное программное обеспечение для геоэкологических исследований;
• разработана система комплексного мониторинга Старооскольско-Губкинского горнопромышленного узла для задач по эффективному экологическому менеджменту с применением ГИС.

Научное значение работы состоит в том, что на основе разработанной методики геоэкологической оценки антропогенного воздействия горной промышленности с применением ГИС определен уровень антропогенной нагрузки в различных административных районах Белгородской области, доказано, что на заболеваемость населения разработка железных руд не оказывает статистически значимого влияния.

Практическое значение работы заключается в том, что разработанное специализированное программное обеспечение позволяет оперативно производить оценку антропогенного воздействия, проводить его комплексный мониторинг, а также выступать в качестве инструмента при принятии управленческих решений, разработке региональных природоохранных мероприятий. Разработанная система мониторинга и специализированное программное обеспечение переданы в Экологическую инспекцию Белгородской области.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на Международной научно-практической конференции «Регион – 2006. стратегия оптимального развития» в г. Харьков (2006), на Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в европейской России и сопредельных странах» в г. Белгород (2006, 2008), на Третьей международной научной школе молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» в г. Москва (2006). Некоторые главы диссертации использовались при написании (в соавторстве) учебного пособия «Геоинформатика в недропользовании».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Основой интегральной геоэкологической оценки антропогенного воздействия горной промышленности являются процедура суммирования нормализованных векторов показателей этого воздействия с учетом их весовых коэффициентов и автоматизированное районирование исследуемой территории по уровню антропогенной нагрузки.

2. Антропогенное воздействие горной промышленности КМА не оказывает статистически значимого влияния на заболеваемость населения.

3. Мониторинг антропогенного воздействия горной промышленности должен иметь комплексный характер, базироваться на специализированной ГИС, включающей блок обработки и визуализации геоэкологической информации, и обеспечивать эффективный экологический менеджмент.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 9 статей, в т.ч. 2 статьи в изданиях из перечня ВАК. Кроме того, опубликовано учебное пособие (в соавторстве) «Геоинформатика в недропользовании», рекомендованное УМО по образованию в области прикладной геологии.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 145 страниц машинописного текста, содержит 19 таблиц, 17 иллюстраций и список литературы из 172 наименований.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, к.г.н. декану геолого-географического факультета БелГУ Петину А. Н. за большую помощь при подготовке диссертации. Также, автор глубоко признателен профессору, д.г-м.н. заведующему отделом геологии и геоинформатики ФГУП ВИОГЕМ Дунаеву В. А. за научные консультации при написании диссертации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы защищаемые положения и научная новизна исследования, указаны источники исходных данных и методы исследования.

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние методики оценки антропогенных нагрузок и мониторинга окружающей среды, сформулированы задачи исследования, обоснована представительность Старооскольско-Губкинского района для всего региона КМА.

Во второй главе охарактеризовано антропогенное воздействие горной промышленности на различные компоненты ландшафта в Старооскольско-Губкинском горнопромышленном районе, обоснована методика геоэкологической оценки антропогенного воздействия с применением ГИС.

В третьей главе рассматривается связь заболеваемости населения с деятельностью горнодобывающих предприятий.

В четвертой главе обоснована система комплексного мониторинга антропогенного воздействия горной промышленности, описана структура базы данных экологической ГИС и специализированного программного обеспечения для его реализации.

Заключение содержит основные результаты исследования и практические рекомендации по реализации разработанных положений.

Защищаемые научные положения

1. Основой интегральной геоэкологической оценки антропогенного воздействия горной промышленности являются процедура суммирования нормализованных векторов показателей этого воздействия с учетом их весовых коэффициентов и автоматизированное районирование исследуемой территории по уровню антропогенной нагрузки.

Развитие горнодобывающей промышленности в области приводит к нарастанию антропогенного воздействия, а соответственно к усилению экологической и социальной напряженности. Поэтому вопрос проведения комплексной оценки антропогенного воздействия, анализ механизмов его формирования и тенденций развития экологической ситуации в добывающих районах является актуальным.

Оценка антропогенной нагрузки на экогеосистемы в идеальном варианте должна учесть воздействие того или иного вида хозяйственной деятельности человека на все компоненты среды. Очевидно, что это невозможно. Поэтому речь должна идти о выборе набора показателей, которые бы смогли наиболее реально отразить антропогенное воздействие.

Задачу оценки антропогенного воздействия можно свести к решению двух аспектов: 1) выявление районов с повышенным уровнем негативного воздействия хозяйственной деятельности предприятий на основе показателей такой деятельности, 2) оценка антропогенного воздействия в горнодобывающих районах. Первый аспект позволит оценить воздействия на основе показателей хозяйственной деятельности предприятий и сводится к понятию «экологическая оценка хозяйственной деятельности промышленных предприятий», второй – к оценке воздействия горных предприятий на здоровье человека и сводится к понятию «интегральная оценка антропогенной нагрузки».

Антропогенное воздействие горнодобывающих предприятий проявляется через набор факторов: выбросы поллютантов, сброс загрязненных сточных вод, изъятие земель из сельскохозяйственного оборота, изменение естественного режима химизма вод и т.д. Несмотря на широкий набор факторов, по-нашему мнению, наиболее эффективно применять для оценки антропогенной нагрузки выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников. Поскольку именно выбросы наиболее быстро находят свое отражение на здоровье людей, загрязнении атмосферы, почвы, вод и т.д. Помимо выбросов загрязняющих веществ, необходим критерий, который наиболее адекватно выражал бы воздействие горнодобывающей промышленности. Таким критерием выступает заболеваемость населения. При оценке нами использовалась заболеваемость органов дыхания и злокачественными образованиями по нозологиям, которые могут быть обоснованы деятельностью горнодобывающих предприятий.

Кроме того, учитывая, что Российская Федерация задекларировала курс на рациональное природопользование и устойчивое развитие, где один из главных аспектов – определение устойчивости экогеосистем к антропогенным нагрузкам, необходимо включить критерий, который смог бы отразить степень этой устойчивости. Одним из наиболее характерных негативных последствий антропогенного воздействия является эрозия почв. Используя эродированность можно получить сравнительную характеристику территориальных единиц, а также определить уровень антропогенной нагрузки.

Учитывая, что данные показатели отражают качественно различное состояние: выбросы – непосредственное влияют на экогеосистему и здоровье, заболеваемость – следствие совместного влияния различных факторов, в том числе и деятельности промышленности, эродированность – степень устойчивости экогеосистем к антропогенным нагрузкам – весовые коэффициенты не применялись. Тем не именно применение указанных показателей позволяет получить интегральную оценку антропогенного воздействия горной промышленности.

Для определения оптимального числа групп применялась формула Стерджесса.

Экологическая оценка хозяйственной деятельности промышленных предприятий и интегральная оценка антропогенной нагрузки представляют собой суммирование нормализованных векторов отдельных показателей по районам. Для удобного представления оценок, итоговые данные также были нормализованы (нормализация проводилась по первому типу). Оценки и районирование территории Белгородской области по их уровню проводилась с применением разработанного модуля на основе ГИС БелГИС. В начале была создана база данных необходимых показателей по районам, а затем с применением разработанной технологии произведено автоматическое районирование области по заданным параметрам.

Районирование территории Белгородской области по уровню антропогенной нагрузки показано на рис. 1.

Экологическая оценка хозяйственной деятельности призвана выявить негативные экологические тенденции в работе предприятий, с целью принятия опережающих мероприятий (управленческих решений) по контролю воздействия или его минимизации. Она должна быть обязательно проведена до строительства промышленного объекта, а затем стать регулярной.

В качестве показателей воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду были использованы следующие показатели: забор воды из природных водных объектов для использования (З), сброс загрязненных сточных вод (С), выбросы от стационарных источников загрязнения атмосферы (В), площадь нарушенных (Нз) и отработанных земель (Оз). Очевидно, что влияние перечисленных показателей различно. Поэтому, были введены весовые коэффициенты. Для их определения использовался метод анализа иерархий.

Для получения конечных весовых коэффициентов, нахождения собственных векторов матрицы, проверки согласованности матрицы, нормализации применялся статистический пакет Mathcad Professional.

После проведения всех необходимых расчетов получаем следующие весовые коэффициенты для каждого показателя воздействия на окружающую среду З – 0,039, С – 0,3, В – 0,478, Нз – 0,13, Оз – 0,053.

Экологическая оценка хозяйственной деятельности горнодобывающих предприятий представлена на рис. 2.

Современный уровень задач геоэкологических исследований, наличие спроса на обработанные геоэкологические данные (особенно в административных контролирующих структурах) приводит к необходимости разработки или адаптации существующих программных пакетов экологической направленности.

Разработка нового программного пакета весьма дорогостоящий и трудоемкий процесс. Поэтому, наиболее целесообразно, адаптировать какой-либо программный продукт для решения специфических задач.

Рассматриваемые горные предприятия применяют в своей повседневной работе программный комплекс ГИС ГЕОМИКС разработчик ФГУП ВИОГЕМ, обеспечивающий на высоком уровне, в первую очередь, автоматизацию геолого-маркшейдерских задач. Программа состоит из ядра системы, на основе которого разрабатываются специализированные прикладные модули (сельскохозяйственный, кадастровый, генплан и т.д.).

В рамках диссертационного исследования основная задача геоинформационного обеспечения для решения геоэкологических задач состоит в соединении в единую комплексную систему средств сбора и хранения данных, методов их обработки, моделей природных объектов, компьютерных средств реализации алгоритмов и моделей при различных видах визуализации конечной информации.

Структура экологической ГИС содержит следующие взаимосвязанные блоки:

1. Атрибутивная база данных, в которой содержится описательная часть компонентов экогеосистем, а также любая другая интересующая информация.
2. База данных картографической информации – комплекс электронных тематических карт по исследуемому району.
3. Блок анализа и обработки данных – включает средства решения прикладных задач, формы отчетности, статистическую обработку данных, средства математического моделирования, средства создания новых данных (векторизация, автоматическое районирование по заданным показателям, построение полей рассеяния и т.д.).

Общую методическую схему структуры экологической геоинформационной системы (ЭГИС) на базе ГИС БелГИС можно представить в виде схемы:

Как и другие прикладные модули ГИС БелГИС, модуль EkoProj, представляет собой комбинацию ядра системы и специального программного компонента – пакета программ, создающих интерфейс ядра с пользователем и реализующих алгоритмы решения определенных задач. Специальный программный компонент выполняет запрос к ядру системы, обрабатывает полученную информацию (решает задачи) и осуществляет взаимодействие между разными функциональными модулями на уровне обмена данными.

Программное ядро системы обеспечивает единый формат данных, их пространственно-координатную привязку, стандарт интерфейсов пользователя, сохранение и отображение картографической, цифровой и текстовой информации, в том числе как результат решения задачи в программном компоненте прикладного модуля.

Программное ядро системы включает СУБД NetBase, растровый редактор Elastik и векторный картографический редактор MapProj.

Экологический модуль EkoProj представляет собой два взаимосвязанных блока:

1. Блок атрибутивной информации, созданный в специально разработанной структуре СУБД NetBase.
2. Блок обработки и визуализации атрибутивной информации, созданный в картографическом редакторе MapProj – закладка «Геоэкология».

База атрибутивной информации содержит два типа данных: формируемые пользователем (данные замеров значений показателей загрязнения, метеорологические показатели и т.д.) и справочные (перечень вредных веществ с их классом опасности, ПДК веществ и т.д.) (рис.3.).

Рис.3. Структура атрибутивной базы данных ЭГИС.

Блок обработки и визуализации (функции в закладке «Геоэкология») позволяет отразить пространственно-координированную информацию на карте (например, сброс определенных поллютантов по постам замеров), а также ее обработать (например, построить изолинии содержания вредных веществ) (рис.4.).

Рис.4. Блок обработки и визуализации данных ЭГИС

(построение изолиний содержания загрязняющих веществ по постам замеров)

Разработанный модуль может быть использован при экологическом мониторинге территории, а также выступать в качестве аналитической основы при принятии управленческих решений.

2. Антропогенное воздействие горной промышленности КМА не оказывает статистически значимого влияния на заболеваемость населения.

Наличие крупных горнодобывающих предприятий в области непосредственно обусловливает напряженную экологическую обстановку. Однако, оценки отрицательного влияния предприятий отрасли на здоровье населения носят зачастую декларативный и эмоциональный характер. Для выявления связи заболеваемости населения с хозяйственной деятельностью горных предприятий было проведено исследование, основанное на предположении, что заболеваемость прямо пропорционально объему выбросов или добыче руды, а также что в добывающих районах заболеваемость выше, чем в не добывающих. Увеличение добычи и переработки руды, даже с учетом применения современных экологических технологий пылеподавления и пылеулавливанию, несомненно, увеличивает антропогенный пресс на территорию, что, в свою очередь, должно отражаться на здоровье местного населения, и в первую очередь на заболеваемости органов дыхания. Помимо заболеваний органов дыхания, список заболеваний, обусловленный добычей и переработкой руды, должен включать заболеваемость злокачественными образованиями, которые обусловлены присутствием соответствующих канцерогенов. Из всех видов заболеваний органов дыхания, добычей руды могут быть обусловлены хронический бронхит и эмфизема легких, астма, пневмония. Однако, медицинская статистика не учитывает число заболевших перечисленными заболеваниями, вызванных именно промышленной деятельностью. Кроме того, указанные болезни органов дыхания в основном связаны с инфекционными причинами, а не, например, с выбросами пыли или вдыханием токсических веществ. Тем не менее, учитывая возможность заболевания населения «промышленными» причинами этих болезней, в непромышленных районах заболеваемость должна быть ниже, чем в промышленных. Онкологические заболевания также могут быть обусловлены загрязнением окружающей среды, вследствие деятельности добывающих предприятий. Из онкологических заболеваний загрязнением окружающей среды могут быть обусловлены рак трахеи, бронхов и легкого. Хотя основными причинами этих заболеваний, по мнению специалистов, являются вредные привычки, в первую очередь, курение. Тем не менее, такие заболевания также должны найти свое отражение для разных административных районов.

Для сопоставления полученных результатов, проведена оценка для районов, где наблюдается слабое развитие промышленности. В качестве таких районов выбран юго-восток области: Вейделевский и Ровеньской районы. Также для сравнения произведена оценка Белгородского района, в котором хорошо развито промышленное производство, однако, оно в основной массе не горнодобывающее. Статистические данные по всем показателям (заболеваемость органов дыхания и злокачественными образованиями, выбросы от стационарных источников и автомобилей, объем добычи сырой руды) приводятся за период с 2001 по 2007гг.

Статистический анализ данных позволяет сделать следующие основные выводы:

1. Заболеваемость органов дыхания в промышленных районах области ниже, чем в непромышленных (рис.3.а);
2. Заболеваемость злокачественными образованиями характеризуется скачкообразным типом во всех исследуемых районах, но в целом в промышленных районах заболеваемость также ниже (рис.1.б);
3. Наибольший объем выбросов приходится на промышленные районы и районы с крупнейшими городами области (как правило, это одни и те же районы). Однако, наибольший объем выбросов в этих районах приходится на автомобильный транспорт (примерно 80%), а также на обрабатывающую промышленность (ОЭМК, цементные заводы, ГБЖ ЛГОКа), (табл.1.).

Рис.3. Динамика заболеваемости органов дыхания 1 (а) и злокачественными образованиями (б) в административных районах Белгородской области за 2001-2007гг.

Учитывая, что на здоровье человека оказывает влияние наличие тех или иных вредных веществ, содержащихся в первую очередь в рудах, была рассмотрена покомпонентная структура железорудных месторождений в целом, и в частности КМА. Для однозначного понимания степени вредности руд использовалось такое понятие, как экологичность руд - совокупность взаимосвязанных природных свойств (геоиндикаторов), характеризующих качество минерального сырья и определяющих степень его вредности, которая проявляется при переработке руд по конкретной технологии путем отрицательного воздействия на окружающую среду [по В.А. Ермолову]. Вредность железных руд определяется, главным образом, присутствием сернистых соединений, бериллия, меди, кобальта, стронция, молибдена, мышьяка, марганца, свинца, никеля, неодима, цинка и др. Месторождения КМА представлены метаморфизированными рудами (железистые кварциты) и коры выветривания железистых кварцитов с крайне низким содержанием вредных примесей. Анализ месторождений показал, что наличие вредных веществ характерно для месторождений скарново-магнетитовых, апатит-магнетитовых руд, кор выветривания сидеритов и ультрабазитов. Поэтому, можно утверждать, что месторождения железистых кварцитов являются наиболее экологически чистыми.

Таблица 1.

Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников и автомобилей в промышленных районах области за 2001-2007гг.

Источник выбросов	Выбросы загрязняющих веществ, тыс.т
	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007
ОАО «ОЭМК»	34.28	35.17	34.37	35.22	36.99	40.7	42.1
ОАО «СГОК»	2.34	2.25	2.02	2.06	2.33	2.53	2.65
ОАО «ЛГОК»	20.89	21.7	17.93	19.43	22.16	18.93	19.8
ОАО «Белгородский цемент»	6.9	7.2	6.27	6.3	6.9	6.9	8.2
ОАО «Осколцемент»	6.92	9.64	11.73	11.8	11.4	14.14	16.3
Автомобили	149.3	167.9	199.2	212.8	229.7	323.97	339.4

Для установления связи между переменными (в данном случае заболеваемостью населения районов, выбросами загрязняющих веществ, добычей руды) обычно вычисляют коэффициент корреляции. Так как имеющиеся данные представлены малым объемом выборок с неизвестным распределением целесообразно применять непараметрические методы статистики. Непараметрическими аналогами стандартного коэффициента корреляции Пирсона являются статистики Спирмена R, тау Кендалла и коэффициент Гамма. Для выявления достоверного роста использовался коэффициент корреляции по Кендаллу (тау Кендалла); данные обрабатывались с применением статистического пакета Statistica 6.0. Для анализа использована заболеваемость органов дыхания, поскольку выбросы в первую очередь влияют именно на органы дыхания.

Результаты корреляции показали отсутствие связи между заболеваемостью органов дыхания, выбросами загрязняющих веществ и добычей руды в обоих районах (коэффициент корреляции близкий к 0).

3. Мониторинг антропогенного воздействия горной промышленности должен иметь комплексный характер, базироваться на специализированной ГИС, включающей блок обработки и визуализации геоэкологической информации, и обеспечивать эффективный экологический менеджмент.

Цель комплексного мониторинга – повышение существующей степени геологической, гидрогеологической, инженерно-геологической, геодинамической и экологической изученности района работ; обеспечение рациональной и безопасной эксплуатации недр; минимизация загрязнения подземных и поверхностных вод; оценка и снижение влияния техногенных и природных процессов на экогеосистему; обеспечение информацией о проявлении негативных экзогенных и эндогенных процессов для обоснования мероприятий по предотвращению или ослаблению их последствий; разработка практических рекомендаций по охране и рациональному использованию природных ресурсов.

Для достижения поставленных целей необходимо иметь четкое представление об объекте работ, учитывать сложные многомерные связи природной среды и физических полей, присущих объектам наблюдений.

Стратегия экологического менеджмента реализуется на решение пяти основных блоков работ, ключевым из которых является комплексный мониторинг.

Мониторинг антропогенного воздействия горной промышленности можно представить в виде схемы:

Комплексный мониторинг состояния экогеосистем.

Мониторинг запасов полезных ископаемых

Мониторинг запасов полезных ископаемых

Основной целью работ является создание информационно-компьютерной системы мониторинга минерально-сырьевой базы Старооскольско-Губкинского горнопромышленного узла, обеспечивающей рациональное ее использование и рентабельную работу предприятия в условиях рыночной экономики.

Мониторинг горного массива

В районе деятельности горных предприятий техногенное влияние на горный массив связано главным образом с открытыми и подземными горными работами. Основным объектом мониторинга должен быть горный массив месторождений комплексных железных руд и его породного обрамления, а точнее геолого-техногенная система "карьер – прибортовой массив горных пород".

Основная цель работ – создание подсистемы мониторинга горного массива для информационного обеспечения эффективных технических и технологических решений, способствующих максимальной выемке балансовых руд месторождений при условии безопасного ведения горных работ.

Мониторинг поверхностных и подземных вод

Современное состояние мониторинга поверхностных вод района деятельности промышленных предприятий характеризуется наличием системы организованных постов для отбора проб сточных и поверхностных вод на определение химического состава по согласованным с соответствующими санитарными и экологическими территориальными органами компонентам.

Основная цель работы – разработка информационно-аналитической системы, позволяющей оценивать и прогнозировать состояние подземных и поверхностных вод в границах рассматриваемой территории, на основе которой должны быть разработаны мероприятия по снижению негативных воздействий как на геологическую среду, так и на отдельные ее объекты.

Основной задачей мониторинга подземных и поверхностных вод является обеспечение контроля: качества воды в водоемах и в подземных источниках; изменения химического состава воды во времени; соответствия нормам водопользования.

Мониторинг отвалов скальной вскрыши

За время существования карьеров в отвалах накопились огромные объемы пустых скальных пород. Стремление к снижению затрат на формирование отвалов реализуется в концентрации отвалообразования в их рабочих зонах, минимизации расстояния транспортировки скальной вскрыши и как следствие этого – в росте высоты отвалов и увеличении углов их откоса. Для обеспечения безопасных условий формирования отвалов в этих условиях необходимо отслеживание динамики их формирования и состояния устойчивости

Цель работ – создание методики и технологии мониторинга состояния отвалов пород скальной вскрыши, обеспечивающей условия, необходимые для организации подсистемы мониторинга и разработки рекомендаций по экономически эффективному и безопасному формированию отвалов.

Мониторинг гидротехнических сооружений

Основными гидротехническими сооружениями, располагаемыми на рассматриваемой территории, являются:

- хвостохранилища;

- отстойники, предназначенные для осветления и доочистки дренажных и сбросных вод хвостохранилища;

- отстойники карьерных вод;

- очистные сооружения агрокомплексов;

- водозаборы.

Наблюдения за состоянием и безопасной эксплуатацией перечисленных сооружений проводятся соответствующими службами: отделом экологии, участком хвостового хозяйства, гидрогеологическими службами.

Основной целью работ является обеспечение постоянного контроля за состоянием безопасности гидротехнических сооружений и их воздействием на окружающую среду, предотвращение возникновения аварийных ситуаций и создания условий для безопасной эксплуатации.

Основными задачами мониторинга гидротехнических сооружений являются: обеспечение управления в области рациональной и безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений, безопасного ведения работ; снижение негативных факторов, влияющих на загрязнение окружающей среды.

Мониторинг почв и растительности

В районе деятельности промышленных предприятий неизбежно интенсивное воздействие на растительный и почвенный покровы. В зоне отчуждения нарушается или полностью уничтожается природная растительность и почвенный покров, что является неизбежным и, как правило, необратимым.

Основная цель мониторинга – получение систематической информации о состоянии почвенного и растительного покровов для выявления отрицательных последствий техногенного воздействия на них промышленных выбросов и отходов.

Мониторинг состояния атмосферы

На состояние атмосферного воздуха помимо деятельности горнодобывающих предприятий, значительное влияет также работа комбината «ОЭМК» Губкинской ТЭЦ, цементного завода и ряда других предприятий. Однако, наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносит автотранспорт. Источниками выделения и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при работе промышленных предприятий являются технологические процессы, связанные с добычей и транспортировкой горной массы, переработкой руды и промпродукта на обогатительных фабриках, сжигание топлива в котлоагрегатах; работы, связанные с ремонтом оборудования и др.

Основная цель мониторинга – организация представительной режимной сети и получение систематической информации о состоянии воздушной среды.

При организации и ведении мониторинга необходимо решить следующие задачи:

- оценить состояние загрязнения атмосферы в районе ведения мониторинга;

- создать наблюдательную сеть за состоянием атмосферы;

- составить прогноз состояния и изменения загрязнения воздушной среды.

Мониторинг ландшафта

С позиций проведения мониторинга техногенные формы ландшафта вызывают наибольшую озабоченность. На обширной площади, занятой карьерами, отвалами и хвостохранилищами создана искусственная обстановка, резко отличная от естественных форм рельефа. Неповторимость обстановки определяется также слабой задернованностью отвалов, резким отличием вещественного состава пород отвалов от тех же показателей пород, в естественных условиях выполняющих роль почвообразующих. Техногенный рельеф нарушает естественный режим подземных и поверхностных вод.

Основной целью работ является получение информации о состоянии ландшафта в зоне деятельности горных и обогатительных предприятий для оценки влияния на него отрицательных последствий техногенного воздействия.

При ведении наблюдений за состоянием ландшафта необходимо решить следующие задачи:

- изучить геоморфологические особенности района;

- выявить наиболее информативные параметры и факторы, характеризующие состояние различных типов ландшафта;

- организовать наблюдательную сеть для ведения систематических наблюдений;

- выполнить анализ и прогнозную оценку степени воздействия горнопромышленного производства на состояние ландшафта.

Таким образом, предлагаемая система комплексного мониторинга антропогенного воздействия горной промышленности, основанная на применении специализированной ГИС, обеспечит решение задач по эффективному экологическому менеджменту, что способствует минимизации негативного воздействия на окружающую среду.

Заключение

В диссертационной работе разработана методика интегральной геоэкологической оценки антропогенного воздействия горной промышленности, на основе которой оценена степень антропогенной нагрузки на территории Белгородской области; доказано, что горная промышленность КМА не оказывает существенного влияния на заболеваемость населения; разработано специализированное программное обеспечение для геоэкологических исследований, а также система комплексного мониторинга антропогенного воздействия. В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи оценки антропогенного воздействия и мониторинга горной промышленности, основанных на применении ГИС. Защищаемые положения в полной мере характерны для других горнопромышленных регионов, за исключением связи заболеваемости с добычей руды. Поскольку при добыче экологически вредных полезных ископаемых (урановых, медно-сульфидных руд, руд добываемых выщелачиванием с применением активных реагентов), а также железорудных месторождений другого генезиса, такая связь скорее всего существует.

Основные результаты диссертационной работы:

1. На основе анализа состояния земельных, минерально-сырьевых, водных ресурсов, качества атмосферы, деятельности предприятий установлен оптимизированный набор факторов и показателей, влияющих на состояние экогеосистем.
2. Доказано, что в качестве основы интегральной геоэкологической оценки антропогенного воздействия должен выступать набор показателей этого воздействия, а определение его уровня представляет собой сумму нормализованных векторов с учетом весовых коэффициентов, обрабатываемых в автоматизированном режиме.
3. Выполнено исследование связей между показателями воздействия горнодобывающих предприятий и результатами этого воздействия, в результате чего:

- установлено статистически достоверное отсутствие связи заболеваемости населения с разработкой месторождений железных руд в горнодобывающих районах области;

- выяснено, что наибольшее антропогенное воздействие оказывает обрабатывающая промышленность и автомобильный транспорт.

4. Разработана структура базы данных экологической геоинформационной системы и геоэкологический модуль EkoProj.
5. Разработана система комплексного мониторинга антропогенного воздействия с применением ГИС для задач по эффективному экологическому менеджменту Старооскольско-Губкинского горнопромышленного узла.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией

1. Петин, А.Н. Экологический менеджмент и опыт внедрения экологических стандартов в Белгородской области / А.Н. Петин, Е.Б. Яницкий // Проблемы региональной экологии. №6. 2007г. – стр. 14-18
2. Петин, А.Н. Геоинформационные технологии как инструмент создания и анализа геоэкологических данных горнодобывающих комплексов Курской магнитной аномалии (КМА) / А.Н. Петин, Е.Б. Яницкий // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Инженерные исследования. №2. 2007. – стр. 113-118

Статьи, опубликованные в материалах конференций

3. Козырев, А.В. Функциональные возможности программного комплекса БелГИС и опыт оздания геоинформационных систем на его основе / А.В. Козырев, Е.Б. Яницкий // Картография. Геоинформатика. Дистанционные методы исследований//Доклады XII съезда РГО (Крондштат, 2005) – г. Санкт-Петербург, 2005. С. 136-140.
4. Петин, А.Н. Геоинформационное обеспечение мониторинга экогеосистем горнодобывающих районов / А.Н. Петин, Е.Б. Яницкий // Материалы международной научно-практической конференции «Регион – 2006. стратегия оптимального развития». Харьковский Национальный университет им. В.Н. Каразина – г. Харьков, 2006. С. 24-25.
5. Петин, А.Н. Геоэкологические проблемы железорудных месторождений и пути их решения / А.Н. Петин, Е.Б. Яницкий // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в европейской России и сопредельных странах. II Международная научная конференция г. Белгород 12-15 октября 2006года. Москва-Белгород, 2006. – стр. 367-370
6. Яницкий Е.Б. Оценка антропогенных нагрузок на экогеосистемы горнодобывающими предприятиями / Е.Б. Яницкий, М.А. Петина // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в европейской России и сопредельных странах. III Международная научная конференция. Часть III. Новые технологии в рациональном природопользовании. Инженерно-экологические проблемы недропользования. г. Белгород 20-24 октября 2008 года. Москва-Белгород, 2008. С. 169-172.
7. Яницкий, Е.Б. Геоинформационное обеспечение управления производством /Е.Б. Яницкий // Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых. З международная научная школа молодых ученых и специалистов – М., 2006. С. 246-248.
8. Петин, А.Н. Использование современных геоинформационных технологий для управления, планирования и развития туристско-рекреационной сферы региона / А.Н. Петин, Е.Б. Яницкий // Легкая промышленность. Сервис. Научные исследования аспирантов и молодых ученых. Всероссийская научно-техническая конференция 10-12 октября 2005 года. Самара 2005. С. 122-125.
9. Яницкий Е.Б. Разработка геоинформационных систем для целей геоэкологических исследований / Е.Б. Яницкий // Материалы XLV международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» 10-12 апреля 2007г. Новосибирск. Секция: Информационные технологии. С. 70-71.

Учебное пособие, допущенное УМО по образованию в области прикладной геологии (решение №02-14УМО/3 от 01.02.08г.)

10. Васильев П.В. Геоинформатика в недропользовании: учебное пособие / П.В. Васильев, А.Н. Петин, Е.Б. Яницкий. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2008. – с. 232.

Подписано в печать 17.12.2008. Гарнитура Times New Roman.

Формат 608416. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 432.

Оригинал-макет тиражирован в издательстве

Белгородского государственного университета

308015, г. Белгород, ул. Победы, 85