Техногенез окружающей среды и мониторинг асбестовского промышленного узла (Средний Урал)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Техногенез окружающей среды и мониторинг асбестовского промышленного узла (Средний Урал)

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология»

Захаров А.В.

Екатеринбург 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - кандидат геолого-минералогических наук, доцент Гуман Ольга Михайловна

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Болтыров Владимир Босхаевич

кандидат геолого-минералогических наук Макарова Юлия Анатольевна

Ведущая организация - Институт промышленной экологии УрО РАН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рост на Среднем Урале урбанизации и индустриализации, сопровождающийся активизацией природных и техногенных процессов, приводит к значительным изменениям окружающей среды. Наиболее интенсивно это проявляется в районах добычи полезных ископаемых на крупных месторождениях, вблизи перерабатывающих комплексов, в том числе и на месторождениях нерудного сырья, где происходит выемка, переработка и размещение значительных объемов горных пород.

В работе рассмотрены закономерности процессов техногенеза, проявляющиеся при разработке месторождений нерудного сырья на Среднем Урале на примере Баженовского месторождения хризотил-асбеста, оценка экологической ситуации и создание картографических моделей изменения компонентов окружающей среды горнорудных комплексов, разработка компьютерных технологий ввода, хранения, обработки и анализа экологической информации с визуализацией её на цифровых моделях. Использование современных информационных технологий построения подобных экологических моделей позволит снизить временные и материальные затраты на решение предприятиями экологических задач.

Наиболее эффективным средством оценки состояния окружающей среды и базой выработки управляющих решений по её реабилитации служит система локального и регионального мониторинга окружающей среды. При этом важно, чтобы она была оперативной, достоверной, увязанной по основным компонентам окружающей среды. Особенности мониторинга в пределах горнорудных комплексов Среднего Урала: мониторинг является многосредным, включает почвы, грунты, поверхностные и подземные воды, атмосферу, растительность и животный мир; объектами наблюдений являются природно-технические системы, преобразующиеся в процессе освоения месторождений; пространственно-временные границы выходят за пределы санитарно-защитных зон и сроки эксплуатации месторождений.

В последние годы проблеме изучения техногенеза и мониторинга окружающей среды уделяется большое внимание. Различным аспектам этой проблемы посвящены работы Г.К. Бондарика, М.П. Герасимова, Г.А. Голодковской, Д.О. Горелика, Р.Э. Дашко, Э.Ф. Емлина, О.В. Зеркаля, Ю.А. Израэля, В.А. Королева, И.И. Косиновой, В.А. Мироненко, Ю.Б. Осипова, Ф.Я. Ровинского, В.Е. Соколова, В.Т. Трофимова, О.Н.Грязнова, О.М. Гуман и многих других ученых.

Основная идея работы. Отражение динамики изменений компонентов окружающей среды через построение и анализ цифровых картографических моделей позволяет достоверно выявить и оценить основные природно-техногенные процессы в зоне влияния предприятия по добыче и переработке нерудного сырья.

Объектом исследования является природно-техническая система Асбестовского промышленного узла в рамках разрабатываемого Баженовского месторождения хризотил-асбеста, являющегося наиболее значимым по своим масштабам на Урале.

Фактический материал. Исходными материалами при решении задач по изучению природно-технической системы (ПТС) и мониторингу окружающей среды Асбестовского промышленного узла явились результаты исследований, полученные лично автором в период обучения в аспирантуре или совместно с сотрудниками кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета в течение 1999 - 2008 г. г. при проведении научно-исследовательских работ; а также материалы инженерно-экологических исследований ООО «Уралгеопроект».

Основные методические разработки реализованы в рамках выполнения госбюджетной темы «Принципы комплексного мониторинга геологической среды горнодобывающих комплексов Урала», № ГР 01200204979 (2002-2004 г.г.) совместно с профессором О.Н. Грязновым, доцентами О.М. Гуман, И.А. Долининой.

Методы исследований. В процессе выполнения исследований широко применялись теоретические обобщения; геоэкологические, гидрогеологические, ландшафтно-геохимические, инженерно-геологические съемки масштабов 1:2000 - 1:50000, аналитические экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях; методы физического и численного моделирования с использованием ГИС-технологий. Все аналитические исследования выполнялись в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам.

Научная новизна работы сводится к следующему:

1. Рассмотрены основные черты процессов техногенеза в пределах природно-технической системы горнопромышленного комплекса Баженовского месторождения хризотил-асбеста.

2. Определены основные факторы негативных природных и техногенных воздействий на окружающую среду в пределах территории горнопромышленного комплекса.

3. Создана компьютерная цифровая картографическая модель изменения компонентов окружающей среды в зоне влияния Баженовского месторождения хризотил-асбеста.

4. Разработана система экологического мониторинга для горнопромышленного комплекса Баженовского месторождения хризотил-асбеста.

Практическая значимость работы. Определен механизм воздействия техногенных факторов на природные компоненты Асбестовского промышленного узла. Полученные в процессе исследований данные состояния окружающей среды определили базовую часть системы экологического мониторинга. Для обработки данных о состоянии окружающей среды разработан алгоритм действий и созданы цифровые картографические модели, которые составляют основу системы экологического мониторинга.

Апробация работы. Основные результаты научных исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались: на Всесоюзной научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (г. Саратов, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «Техногенная трансформация геологической среды» (г. Екатеринбург, 2002 г.); Годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения» (г. Москва, 2003 г.,); Толстихинских чтениях (г. Санкт-Петербург, 2004 г.); Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург, 2003 г.); Международной научной конференции «Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики» (г. Москва, 2006 г.); Уральской горно-промышленной декаде (г. Екатеринбург, 2006 г.); Международной научной конференции «Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем» (г. Москва, 2007 г.); научно-практической конференции «Проблемы инженерных изысканий для высотного строительства в Уральском регионе» (г. Екатеринбург. 2007 г.), научных семинарах Института геологии и геофизики и кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе: 9 статей (из них 1 - в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАКа), 5 - материалов конференций и тезисов докладов.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 172 страниц текста, 30 рисунков и 23 таблицы, список литературы включает 158 наименований.

Во введении показаны актуальность исследований, цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1 посвящена анализу состояния проблем изменения окружающей среды при разработке систем мониторинга окружающей среды на локальном и региональном уровнях.

В главе 2 приведена характеристика природно-технической системы Асбестовского промышленного узла, этапы её развития, характеристика техногенных составляющих и природных условий района.

Глава 3 содержит экологическую оценку состояния природной окружающей среды Асбестовского промышленного узла, основанную на классификации техногенных воздействий и выявленных закономерностях изменения компонентов окружающей среды.

В 4 главе приведена характеристика системы экологического мониторинга Асбестовского промышленного узла и базы данных для создания информационной основы системы локального мониторинга, оперативной обработки информации и принятия эффективных управленческих решений.

В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю, кандидату геолого-минералогических наук, доценту О. М. Гуман за постановку темы работы и постоянную помощь в ее выполнении; доктору геолого-минералогических наук, профессору О. Н. Грязнову, доктору геолого-минералогических наук А. Б. Макарову, доктору технических наук, профессору С. Н. Тагильцеву, доктору геолого-минералогических наук, профессору Л. С. Табаксблату за консультации и замечания по существу работы; кандидату геолого-минералогических наук И.А. Долининой, зав. лабораторией Н. Г. Бондаренко, кандидату геолого-минералогических наук В. Н. Довгополому - за помощь в выполнении исследований и оформлении работы. Автор выражает также благодарность всем своим коллегам - преподавателям и сотрудникам кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ за оказанную поддержку, помощь в выполнении работы и ее обсуждении.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Положение 1. В результате взаимодействия природной и техногенной составляющих Асбестовского промышленного узла произошло интенсивное изменение геологической среды и создание природно-технической системы, связанной с добычей и переработкой хризотил-асбеста, которое отражено в комплекте цифровых карт техногенных объектов и компонентов окружающей среды.

Формирование природно-технической системы началось в 1720 г. в связи с изучением и освоением Баженовского месторождения хризотил-асбеста. В итоге объем бурения при разведке месторождения приблизился к 1000000 п.м., площадь карьера составила около 28 км², отвалов - 31 км², а городской территории - 20 км². Составляющими природно-технической системы являются объекты, связанные с добычей хризотил-асбеста (карьер, отвалы, шахтный водоотлив, автотранспортное предприятие) и его переработкой (асбообогатительная фабрика, цех по производству мозаичной плитки). Одновременно воздействие на компоненты окружающей среды оказывают объекты, сопутствующие добыче и переработке: завод по производству ВВ, завод холодного асфальта, ремонтно-механический завод и др. Объекты добычи отличаются огромными площадями, занимающими около 15 % данной природно-технической системы; объекты переработки - наибольшей интенсивностью воздействия на атмосферный воздух. Основные компоненты технической системы показаны на рис.1.

Геологическое строение Баженовского месторождения сложное, что обусловлено его приуроченностью к зоне контакта массивов пироксенитов с плагиогранитами, наложенными процессами гидротермального метаморфизма, превращением первичных пород в лизардитовые, антигоритовые, хризотиловые серпентиниты, тальк-карбонатные, кварц-карбонатные породы с образованием асбеста.

Рис. 1. Схема техногенной нагрузки Асбестовского промышленного узла:

Геологическое строение месторождения определяет минеральный и химический состав отходов добычи и обогащения, а также состав пылевой нагрузки промузла. Для пород месторождения в целом и содержащих асбест характерны повышенные содержания Mg, Ni, Mn, Cr, Cd, Co, Cu, Zn, Cl, B, Ba, Br, Pb, Sb, W, Ag, As. Канцерогенность асбеста определяется содержанием в нем некоторых тяжелых металлов (Ni, Cr и др.).

Подземные грунтовые воды промышленного узла трещинного типа приурочены к Большеуральскому бассейну корово-блоковых вод. Сложность геологического строения обусловила сложность распределения и условий циркуляции подземных вод: на фоне слабоводообильных пород (1-2 л/с при понижении 20-30 м) имеются участки повышенной водообильности, приуроченные к тектоническим нарушениям, дайкам, жилам, зонам контактов с дебитами до 7-14 л/с. Выделяют пять водоносных комплексов: рыхлых покровных отложений, интрузивных пород основного состава, интрузивных пород кислого состава, интрузивных пород ультраосновного состава и связанных с ними метаморфических образований, а также метаморфических и вулканогенных образований девона и силура. В результате осушения карьера вокруг него сформировалась депрессионная воронка площадью около 30 км².

В районе Асбестовского промузла выделены элювиальные, супераквальные и молодые техногенные ландшафты. Последние занимают более 50 % территории, прилегающей к карьеру (рис. 2). Если техногенные ландшафты формировались по пути поверхностного стока, происходит заболачивание прилегающей к карьеру территории.

Таким образом, в пределах Асбестовского промузла выделение природных факторов носит достаточно условный характер. За период эксплуатации карьера изменились условия поверхностного и подземного стока, состояние пород, которые подвергаются выветриванию и техногенной дезагрегации, природные ландшафты. Взаимодействие природной и техногенной составляющей ПТС отражено на составленных геоинформационных картографических моделях.

техногенез баженовский месторождение горнопромышленный

Рис. 2. Ландшафтная карта Асбестовского промышленного узла:

Положение 2. Негативное воздействие на окружающую среду, помимо внутреннего разрушения массива, «аккумуляции» и «эрозии» рельефа, выражается в накоплении в её компонентах тяжелых металлов и пылеватых волокнистых частиц асбеста, в результате деятельности горнодобывающих и обогатительных производств, а также крупных отвалов вмещающих пород.

Ранжирование негативного техногенного воздействия от разработки Баженовского месторождения хризотил-асбеста на окружающую среду выполнено на основе разработанной В.Т. Трофимовым, В.А. Королевым и А.С. Герасимовой (1995) классификации техногенных воздействий с учетом загрязнения атмосферного воздуха. В основе классификации лежат природа и механизм воздействия, характер воздействия, его размер, положение в пространстве, обратимость, техногенное влияние, оказываемое тем или иным источником. В типизации учтены «первичные» техногенные воздействия, непосредственно влияющие на основные компоненты окружающей среды.

В процессе функционирования Баженовского месторождения хризотил-асбеста воздействие на окружающую среду оказывается, как правило, комплексно, но, опираясь на данную классификацию, комплексные воздействия всегда могут быть расчленены на отдельные составляющие для их последующего анализа.

В пределах ПТС динамично (в масштабе физического времени) изменяется химический состав почв, поверхностных и подземных вод, снега. Именно эти ингредиенты окружающей среды подвергались детальному исследованию.

Объекты воздействия на атмосферу в пределах Асбестовского промузла включают 570 организованных и неорганизованных источников выброса загрязняющих веществ от 11-ти предприятий, входящих в состав перерабатывающего комплекса Баженовского месторождения. Они выбрасывают в атмосферу 61-загрязняющее вещество, 14 из которых обладают эффектом суммирующего действия.

Основные технологические процессы, приводящие к выбросам загрязняющих веществ в атмосферу и загрязняющие окружающую среду, следующие:

- добыча асбестовой руды открытым способом (бурение скважин, взрывные работы, погрузка горной массы, перемещение горной массы);

- транспортировка пустой породы на отвалы, руды на фабрики и внутрикарьерные склады;

- складирование и хранение вскрышных и вмещающих пород и отходов обогащения;

- обогащение асбестовых руд и получение товарного хризотил-асбеста.

Основные технологические процессы, связанные с работой вспомогательных производств и оказывающие воздействия на атмосферу:

- выплавка чугуна и стали в электродуговых печах, механическая обработка деталей;

- работа котельных;

- загрузка и сушка отходов асбестообогатительных фабрик.

Загрязняющие вещества, образующиеся в процессе добычи и обогащения асбестовых руд, а также при складировании и сушке руды, при складировании и постоянном хранении отходов производства на отвалах: двухкомпонентная пыль, состоящая из волокнистых частиц хризотил-асбеста и зернистых частиц вмещающих пород (взвешенные вещества).

При транспортировке руды и породы в карьере помимо выделения пыли выбрасываются газообразные загрязняющие вещества: диоксид и оксид азота, оксид углерода, сернистый ангидрид, свинец, сажа, углеводороды, мазутная зола.

При изучении снегового покрова Асбестовского промузла выявлено, что содержание пыли в снеговых пробах составляет от 0,5972 до 2,1058 г/л. Максимальные содержания пыли в снеге приурочены к восточному борту карьера. Расчет интенсивности накопления пыли в снежном покрове показывает, что по направлению розы ветров интенсивность накопления взвешенных веществ (пыли) максимальная за период снегонакопления и составляет до 23390 мг/м². Характеристика химического состава снеговых талых вод приведена в таблице 1.

Таблица 1. Содержание взвешенных веществ и химический состав талой снеговой воды

Электронно-микроскопический анализ пыли показал присутствие в пробах большого числа волокон асбеста, имеющих волокнистое строение (рис. 3). В пылевых остатках проб методом рентгеноструктурного анализа выявлено присутствие в пыли серпентина (хризотила), талька, возможны примеси доломита и магнетита, после обработки HCl фиксируется хлорит.

В пылевых остатках снеговых проб выявлен достаточно широкий спектр тяжелых металлов. В концентрациях, превышающих предельно допустимые значения, фиксируются Cu, Zn, Pb, Ag, Cr, Ni, Co, Mn. Интенсивность накопления пыли и тяжелых металлов в снежном покрове Асбестовского промузла приведена в таблице 2.

Рис. 3. Электронно-микроскопический снимок пыли с волокнами асбеста

Таблица 2. Интенсивность накопления пыли и тяжелых металлов в снежном покрове

Анализ химического состава талой снеговой воды и пылевой составляющей снега показал, что состав воды формируется в нарушенных условиях антропогенного воздействия. За зимний период в снеге накапливается достаточно широкий спектр тяжелых металлов, но основными элементами-загрязнителями в пылевых остатках являются Ni, Cr, Cu, Zn, Pb, Co, Mn. Химический состав талой снеговой воды преимущественно гидрокарбонатный магниево-кальциевый с минерализацией 0,05-0,09 г/л. В воде наблюдаются высокие концентрации ионов аммония (NH₄⁺), достигающие 6 % -экв. в катионном составе воды. Оценка загрязнения снегового покрова в пределах ПТС Асбестовского промышленного узла показывает, что накопление тяжелых металлов и асбеста связано с пылевыми выбросами, что как следствие приводит к загрязнению почвенного покрова и поверхностных вод.

Величина показателя суммарного химического загрязнения (Zc) на исследованной территории варьирует от 1,33 (удовлетворительное экологическое состояние территории, допустимая категория загрязнения почв) до 34,9 (почвы чрезвычайной экологической ситуации, опасная категория загрязнения почв). Максимальное загрязнение (Zc=17,8-34,9) отмечается для грунтов, отобранных вблизи карьера, обогатительной фабрики и отвалов вскрышных пород. При удалении от карьера на границе селитебной территории фиксируются значения Zc, соответствующие относительно удовлетворительному экологическому состоянию территории при слабо опасной категории загрязнения почв (3,5-8,0). На расстоянии более 1,5 км от карьера наблюдается существенное снижение показателя Zc, соответствующее допустимой категории загрязнения (1,5-2,5).

В целом для почв промузла фиксируется слабое негативное влияние отвалов вмещающих пород. По результатам исследований почв и ландшафтов в районе отвалов отмечаются аномально высокие валовые содержания Ni (4-12 кларка), Co (1,4-8), Cr (2-5), Mn (до 7,5), Cu (2-7,5), Zn (до 5,5), Pb (до 5), Cd (до 5). Наибольший вклад в загрязнение почв вносят Ni (содержания составляют 60-1500 мг/кг, превышают ПДК в 1,2-30 раз), Cr (100-1500 мг/кг, 1-15 ПДК), Mn (400-9000 мг/кг, до 6 ПДК). Высокие концентрации Ni, Cr и Mn связаны с особенностями почвенного субстрата (ультраосновные породы). В подвижной форме вероятна миграция меди, цинка, хрома, никеля, в меньшей мере - кобальта. Превышение предельно допустимой концентрации для подвижных форм характерно только для никеля, что связано с его свойством легко высвобождаться из горных пород и мигрировать в легкорастворимых органических хелатных комплексах.

Наличие в почвах в высоких концентрациях хрома, никеля и марганца определяется высокой значимостью в балансе загрязнителей аэрогенного поступления пылевых выбросов при рыхлении взрывами породных масс и их транспортировке, в составе которых преобладают тонкие частицы вмещающих пород месторождения.

Зоны загрязнения почв тяжелыми металлами приурочены к периферии отвалов и производственным зонам: карьеру и обогатительной фабрике, составляя 150-250 м.

Основными направлениями воздействия на поверхностные воды в пределах ПТС Асбестовского промышленного узла являются: забор воды из поверхностных источников; забор воды из подземных источников; шахтный водоотлив; сброс дренажных вод. Дренажные воды Баженовского месторождения имеют гидрокарбонатный и хлоридно-гидрокарбонатный магниевый состав при минерализации до 1,3 г/дм³. Обращает внимание высокое содержание в дренажной воде ионов аммония (до 31,5 мг/дм³), нитритов (до 18 мг/дм³) и нитратов (до 80 мг/дм³). Основными источниками поступления азотных соединений являются: утечки из канализационных систем г. Асбеста и завода «Порэмит».

Многолетний водоотлив привел к формированию депрессионной воронки площадью около 30,5 км². В плане депрессионная воронка вокруг карьера имеет субмеридионально вытянутую (по простиранию пород) форму, согласующуюся с общим расположением открытых выработок и дренажной системой. Максимальное понижение уровня грунтовых вод в центре депрессии - 300 м.

Подземные воды загрязнены тяжелыми металлами и соединениями азота. Соотношение соединений азота в %-экв. форме отличается в поверхностных и подземных водах (рис. 4). В поверхностных водах постоянно присутствует NH₄⁺ (до 10-40 %) и появляется NO₂^- (до 8%). Дренажные воды выделяются высокими содержаниями NO₂^- (до 30 %) и NH₄⁺ (до 40 %). По разнице доли NH₄⁺ в трещинных водах западнее карьера (собирающих сток с городской территории) и дренажных вод можно судить о количественной доле загрязнения последних за счет взрывчатых веществ.

В коммунальных водах стабильно преобладает NH₄⁺ как показатель свежего загрязнения. В чистых трещинных водах, используемых для хозяйственного и питьевого водоснабжения, показатели свежего загрязнения практически отсутствуют.

Выявленная тенденция по качественному составу соединений азота в водах прослеживается в течение анализируемого периода (1996-2003 гг.). По результатам полного анализа воды в наблюдательных скважинах очевидно, что отвалы являются источниками загрязнения соединениями азота, в основном в форме нитратов (до 10-15 %-экв/л), см. рис. 4.

Рис. 4. Распределение азотных соединений в подземных и поверхностных водах Асбестовского промышленного узла

Положение 3. Главным методом оценки изменения компонентов окружающей среды является локальный экологический мониторинг, для ведения которого с целью обработки и анализа экологической информации реализована модель геоинформационной системы.

Пространственные границы экологического мониторинга Асбестовского промышленного узла определены с учетом возможных миграционных путей загрязнения окружающей среды: атмосферных по преобладающим направлениям ветра, с осадками, поверхностных - текущими водами на основе особенностей рельефа и направлений поверхностного стока территории, подземных вод - на основе закономерностей рельефа и тектоники с учетом депрессионной воронки карьерного водоотлива и имеющихся водозаборных сооружений.

Масштабы Баженовского месторождения и время его разработки обусловливают следующую специфику экологического мониторинга: основные объекты воздействия на компоненты окружающей среды - карьер и его водоотлив, отвалы, обогатительная фабрика; исходное состояние природной среды нарушено, так как карьер отрабатывается с конца XIX в., а наблюдения за состоянием природной среды ведутся последние несколько десятков лет; долгосрочные перспективы комбината не обозначены, поэтому система мониторинга рассчитана с учетом того, что параметры основных производственных процессов остаются теми же.

Система мониторинга окружающей среды Асбестовского промузла включает мониторинг атмосферного воздуха (и снегового покрова), почв, грунтов, поверхностных и подземных вод, а также производственный контроль за источниками выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду с целью контроля выполнения предприятиями установленных нормативов ПДВ и ПДС; наблюдения за состоянием инженерных сооружений - устойчивостью отвалов, бортов карьеров, состоянием плотин, дамб; наблюдения за количеством воды при отборе и дренаже и т.п.

Создание информационной основы системы локального мониторинга является необходимым для принятия и контроля эффективности управленческих решений в области природоохранной деятельности, в т.ч. при чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера. По мере перехода от первичных результатов мониторинга окружающей среды к знаниям о состоянии окружающей среды меняются методы работы с информацией. Соответственно, в экологической информационной системе (ЭИС) можно выделить три уровня, отличающиеся по методам работы с экологической информацией: верхний уровень должны составлять программные модули для поддержки принятия решения, средний - программное обеспечение, позволяющее провести системный анализ информации о состоянии окружающей среды, нижний - модуль хранения и обработки первичной экологической информации. В диссертации рассматривается программный продукт, обеспечивающий решение задач нижнего и частично среднего уровня экоинформационной системы. Особенность разработанной системы: в структуру базы данных включены следующие объекты мониторинга: атмосферный воздух, подземная гидросфера, поверхностная гидросфера, почвы, грунты, снеговой покров; пункты контроля по всем средам имеют единую координатную привязку; параметры мониторинга окружающей среды выбраны с учетом воздействия предприятия на компоненты по средам; первичная обработка выполнена в различных временных режимах; имеется возможность формирования отчетов по состоянию окружающей среды.

Созданный для Асбестовского промузла программный продукт "Мониторинг окружающей среды" представляет собой специализированную экоинформационную систему управления базой данных (СУБД), предназначенную для долговременного хранения параметров локального мониторинга основных компонентов окружающей среды (атмосфера, подземные, поверхностные и сточные воды, снеговой покров, почвенный горизонт) в районе влияния предприятия; оперативного извлечения необходимой пространственно ориентированной информации и ее комплексного статистического анализа с целью оперативного отслеживания состояния окружающей среды, экологического прогноза и создания обоснования для принятия решений на уровне администрации предприятия. Программный продукт является интегрированной информационной средой, состоящей из двух основных частей - ядра (собственно базы данных - БД) и программы-оболочки, представляющей собой клиентскую систему управления базой данных (СУБД) и содержащей интерфейсную часть программы.

Ядро, представленное реляционной базой данных, интегрирует совокупность пространственно ориентированных исходных данных экологического мониторинга окружающей среды (результаты определений загрязняющих веществ), атрибутивной информации о различных объектах (пункты наблюдения, наблюдательные скважины), а также разнообразной справочной информации (единицы измерения, ПДК, сведения об организациях и сотрудниках и т.п.). Все данные хранятся в двухмерных таблицах и связаны между собой по типу "один к одному" или "один ко многим" по общим полям (рис. 5).

Рис. 5. Структура базы данных локального экологического мониторинга (фрагмент)

Физически ядро (БД) представляет собой mdb-файл, который размещен на сетевом сервере и имеет общий доступ при сетевой организации рабочего пространства. В случае сетевой организации работы программа представляет собой систему с архитектурой типа "файл-сервер". Доступ к БД осуществляется с использованием сетевых имен пользователей и паролей, создаваемых и контролируемых администратором базы данных. Задачами ядра является долговременное хранение данных, обеспечение их ссылочной целостности, разграничение доступа пользователей, формирование наборов данных по запросам конечных пользователей.

Программа-оболочка, представляющая интерфейсную часть программы, содержит набор основных экранных форм, формы диалога с пользователем, системные справочники. Основной задачей СУБД является пользовательское управление всей совокупностью разнообразной информации базы данных, что включает не только ввод, редактирование и быстрый поиск информации, но и формирование тематических пользовательских запросов на извлечение данных из ядра, визуализация полученных наборов данных в различных вариантах (рис. 6).

Рис. 6. Пример визуализации динамики показателей в пункте наблюдения

Основные формы предназначены для ввода, редактирования исходных и атрибутивных данных; формирования пользовательских тематических запросов; просмотра и статистического анализа данных в виде различных сводных таблиц, карт-схем и комплексных диаграмм, вывода подготовленных типовых отчетных таблиц на бумажный носитель. Возможен также экспорт данных в формат электронных таблиц *.xls для дальнейшей обработки их во внешних статистических (MS Excel, Statistica, Statgraphics, MathCad) или геоинформационных (ArcCad, AutoCad, Surfer, ArcView, MapInfo и др.) специализированных пакетах программ.

Справочные формы разработаны для просмотра и редактирования системных справочников, при помощи которых возможно настроить программу для эффективной работы. Редактирование справочников может производить лишь администратор базы данных. Основные типы системных справочников: единицы измерения, параметры мониторинга (с ПДК по объектам мониторинга), организации, сотрудники, типы и категории выработок, типы отверстий фильтров выработок, объекты мониторинга. Необходимо понимать, что информация справочников служит источником строк для многочисленных полей с выпадающими списками. При этом в самом поле хранится не значение поля (например, Фамилия), а идентификатор этого значения в справочнике, т.е. ссылка на справочник. Таким образом, становится понятно, что к редактированию справочников необходимо подходить крайне осторожно, а удалять записи из справочника нельзя. В противном случае произойдет нарушение ссылочной целостности записей, что приведет к нарушению полноты и достоверности информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании проведенных исследований изучены основные закономерности формирования и функционирования природно-технической системы Асбестовского промышленного узла, показаны геохимические особенности природных комплексов, обусловленные повышенным содержанием тяжелых металлов в ультраосновных породах субстрата.

2. Основным фактором, определяющим экологическую ситуацию Асбестовского промузла, является негативное воздействие многолетней добычи и переработки нерудного сырья - хризотил-асбеста. При этом происходит поступление в окружающую среду не только асбестовой пыли, но и ряда тяжелых металлов.

3. Установлено, что взаимодействие поступающих в окружающую среду пылевых выбросов приводит к загрязнению компонентов окружающей среды тяжелыми металлами при низком уровне загрязнения в локальных зонах. Загрязнение подземных вод происходит за счет процессов выщелачивания тяжелых металлов из минералов пылевых выбросов, а также связано с технологическими процессами при ведении горных работ.

4. Локальный мониторинг экологического состояния территории Асбестовского промышленного узла, разработанный на основе полученных данных, позволяет производить систематические наблюдения за состоянием всех компонентов природной окружающей среды, дает основание для прогноза её неблагоприятных изменений и принятия управленческих решений.

5. Разработанная структура информационного обеспечения локального мониторинга позволяет оптимизировать процессы обработки накопленных режимных наблюдений, получать качественную и своевременную информацию для последующих прогнозов, обеспечивать перспективное планирование инфраструктуры региона и его экономическое развитие.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статья, опубликованная в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией:

1. Захаров А. В. Особенности локального экологического мониторинга окружающей среды объектов горнопромышленного производства на примере Среднего Урала / О. М. Гуман, А. В. Захаров, А. Б. Макаров // Известия Вузов. Горный журнал. 2007. - № 2. - С. 56-59.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

2. Захаров А. В. Использование ГИС-технологий для экологического мониторинга (на примере Асбестовского ГОКа) // Областной конкурс студенческих работ. Направление «Естественные науки». - Екатеринбург: УрГУ, 2002. - 43 с.

3. Захаров А. В. Создание картографической основы мониторинга окружающей среды (на примере Асбестовского ГОКа) // Геологи XXI века: Материалы Всесоюзной научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов. - Саратов: СО ЕАГО, 2002. - С. 312-313.

4. Захаров А. В. База данных локального экологического мониторинга / О. М. Гуман, В. Н. Довгополый, А. В. Захаров // Экологические проблемы промышленных регионов. - Екатеринбург, 2003. - С. 172-174.

5. Захаров А. В. Структура базы данных мониторинга окружающей среды (на примере Полевского криолитового завода) / А. В. Захаров, О. М. Гуман, В. Н. Довгополый // Сергеевские чтения. Материалы годичной сессии научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии.- Вып. 5. Молодежная сессия. - М.: ГЕОС, 2003. - С. 470-472.

6. Захаров А. В. Методические основы обработки информации при локальном мониторинге окружающей среды / О. М. Гуман, А. В. Захаров, В. Н. Довгополый // Известия УГГГА.- Вып.18. Сер.: Геология и геофизика, 2003. - С.256-262.

7. Захаров А. В. Проблемы инженерно-геологических изысканий в Уральском регионе / О. М. Гуман, И. А. Долинина, А. В. Захаров // XI Толстихинские чтения «Тенденции и перспективы развития гидрогеологии и инженерной геологии в условиях рыночной экономики России». - СПб., 2004. - С. 74-76.

8. Захаров А. В. Особенности загрязнения подземных вод соединениями группы азота на месторождениях нерудного сырья / О. М. Гуман, А. В. Захаров, А. А. Власова // Известия УГГУ.- Вып.19. Сер.: Геология и геофизика, 2004. - С.171-175.

9. Захаров А. В. Геодинамические процессы на объектах размещения отходов в Уральском регионе / О. М. Гуман, И. А. Долинина, А. В. Захаров, А. Б. Макаров // Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики: Труды Международной научной конференции / под. ред. В. Т. Трофимова и В. А. Королева. - М.: МГУ, 2006. - С.83-84.

10. Захаров А. В. Изменение гидрогеологических условий Баженовского месторождения хризотил-асбеста в ходе его отработки открытым способом / И. А. Долинина, А. В. Захаров // Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГГУ, 2006. - С. 123-125.

11. Захаров А. В. Динамические и геохимические процессы на объектах размещения отходов / О. М. Гуман, А. Б. Макаров, И. А. Долинина, А. В. Захаров // Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГГУ, 2006. - С. 95-96.

12. Захаров А. В. Геодинамические процессы в Уральском регионе / О. М. Гуман, А. Б. Макаров, А. В. Захаров // Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Екатеринбург: УГГУ, 2006. - С.153-155.

13. Захаров А. В. Мониторинг окружающей среды Баженовского месторождения хризотил-асбеста / О. М. Гуман, А. В. Захаров // Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем: Труды международной научной конференции. / Под. ред. В. Т. Трофимова и В. А. Королева. - М.: МГУ, 2007. - С. 159-160.

14. Захаров А. В. Мониторинг нарушенных земель Екатеринбурга / О. М. Гуман, А. В. Захаров // Проблемы инженерных изысканий для высотного строительства в Уральском регионе: Материалы научно-практической конференции / под ред. К. Г. Пшеничникова. - Екатеринбург: ОООИД «Уралстройсоюз», 2007. - С. 8-9.

Размещено на Allbest.ru