В настоящее время в результате все возрастающего воздействия промышленного производства на природную среду Республики Саха (Якутия) без должного учета экологических и социальных ограничений происходят негативные явления – сокращение биологических ресурсов, разрушение биоценозов, загрязнение земли, воздуха и воды. Наиболее серьезный вклад в загрязнение окружающей среды вносят горнодобывающая промышленность и энергетика.
Большинство работ по воздействию топливно-энергетического комплекса на природную среду основаны на покомпонентной методике изучения антропогенного изменения природной среды – на геолого-геоморфологические, климатические, гидрологическую, биотическую и другие составляющие природного комплекса. Для исследований в экстремальных условиях Южной Якутии, где ведется строительство крупных энергопроектов, нами использован геосистемный подход, одним из направлений которого является концепция геотехнических систем.
В статье предпринята попытка изучения техногенного воздействия проекта Канкунской ГЭС и формирующегося Эльгинского угольного комплекса на природную среду в составе промышленных энергетических геотехнических систем.
Цель исследования
На основе определения структуры геотехнических систем «Канкунская ГЭС – природная среда» и «Эльгинский угольный комплекс – природная среда» выявить их воздействие на компоненты природной среды и техногенное изменение.
Материалы и методы исследования
Методикой исследования стала концепция геотехнических систем, основоположниками которой были исследователи Института географии АН СССР [1]. Базовым понятием концепции является положение, что техническое сооружение, природная среда и деятельность человека рассматриваются как взаимосвязанные подсистемы единого сложного образования - геотехнической системы «Техническое сооружение - природная среда – общество». При этом в промышленной геотехнической системе ведущая роль принадлежит технической составляющей. Общество осуществляет управляющую и регулирующую роль во всей геотехнической системе.
В любой промышленной геотехнической системе выделяются три подсистемы (блока) – техническая, природная и блок управления: техническая, представленная комплексом инженерных сооружений промышленного назначения, объединенных производственно-технологическим процессом и производственной инфраструктурой; природная, состоящая из природных комплексов разного иерархического ранга, непосредственно окружающих производственные предприятия; блок управления, который образуют люди (общество) со вспомогательными техническими средствами. Задачами блока являются обеспечение необходимых производственных показателей геотехнической системы, с одной стороны, и поддержание устойчивости ее природных комплексов – с другой.
Одним из условий функционирования геотехнической системы является взаимодействие всех подсистем при помощи многочисленных внутренних и внешних связей между ними, что обеспечивает целостность и единство всей системы. Механизм функционирования всей геотехнической системы проявляется в цепочке процессов: воздействие техники на природу - изъятие природных ресурсов и привнесение техногенных веществ – изменение свойств и качества природных комплексов, испытывающих воздействия – последствия (негативные), происходящие в результате изменений, влияющих на функционирование самого технического объекта и на условия жизни и деятельности населения.
Результаты исследования и их обсуждение
На ближайшую перспективу предусмотрен проект строительства Канкунской ГЭС на р. Тимптон с установленной мощностью 1300 МВт и среднегодовой выработкой электроэнергии – до 7,5 млрд кВт•ч [2].
В результате определения структуры геотехнической системы «Канкунская ГЭС – природная среда» выполнен прогноз направлений и интенсивности техногенных факторов воздействия будущей гидроэлектростанции на природную среду, а также характер изменения компонентов природных комплексов и оценка степени преобразования водохранилища и прибрежных геосистем.
В структурном отношении водохозяйственные системы, как и все остальные геотехнические системы, состоят из трех блоков (подсистем) - природного, технического и блока управления.
Технический блок Канкунской ГЭС составят территории расположения различных производственных и хозяйственных сооружений: плотины, здания ГЭС, монтажной площадки, обогатительного и бетонного хозяйства, водозабора, очистных сооружений, инженерных сетей, перевалочной базы, поселка строителей, линий электропередач, автодорог, а также водохранилище.
Природный блок будет включать природные комплексы, располагающиеся выше ГЭС по течению и формирующие речной сток; комплексы, приуроченные к руслу реки; прилегающие к низменным участкам побережья выше и ниже ГЭС.
В результате строительства и эксплуатации ГЭС произойдут изменения различных компонентов природных комплексов, из которых первоочередным является изъятие земельных ресурсов под производственные сооружения и акваторию водохранилища.
Изменение мерзлотно-гидрогеологических условий ожидается в связи с повышением уровня грунтовых вод в береговой и прибрежной зонах, которое связано с резкой активизацией экзогенных процессов деструктивного характера (эрозионных, оползневых, обвальных и др.), а также абразией берегов. Изменение гидрогеологической обстановки и деградация мерзлоты может привести к изменению условий фильтрации и разгрузки подземных вод. Принципиально изменится гидрологический режим р. Тимптон, ледовый и термический режимы, режим затопления речной поймы в нижнем бьефе. Разложение затопленной растительности и почв в ложе водохранилища вызовет ухудшение гидрохимического состава воды водохранилища, на которое могут оказать влияние сбросы производственных и бытовых сточных вод. Существенное изменение гидробиологических ресурсов будет проявляться в повышении трофического статуса и образовании лимнофильного комплекса гидробионтов на подпруженных участках реки. Строительство ГЭС с созданием водохранилища на р. Тимптон окажет воздействие на растительность в зоне и вне зоны затопления. Особый микроклимат в данной зоне приведет к изменению биологического разнообразия и структуры растительности. Критической глубиной залегания грунтовых вод, при которой ухудшается рост деревьев и происходят значительные изменения в видовом составе древостоя, являются отметки 0,4–0,6 м, что соответствует поясу сильного подтопления [3].
Применение концепции геотехнических систем для изучения воздействия проекта Канкунской ГЭС на природную среду привело к разработке схемы комплексной экологической оценки проекта Канкунской ГЭС. Схема дает возможность последовательного изучения цепочки процессов, характеризующих воздействие ГЭС на компоненты природной среды, изменений в природных комплексах и негативных последствий в природной и хозяйственной сферах; собрать, проанализировать и определить базы данных показателей воздействий, изменений и последствий; выявить связи между этими процессами; количественно оценить степень воздействий, изменений и последствий и на основе этих оценок выполнить комплексную экологическую оценку проекта Канкунской ГЭС (рисунок).
На базе одного из крупнейших в мире Эльгинского месторождения коксующихся углей в бассейне р. Алгома ведется строительство Эльгинского угольного комплекса. Проектная мощность угольного разреза составляет 30 млн т угля в год с получением продукции в количестве 23,2 млн т [4].
В результате его рассмотрения в виде добывающей геотехнической системы «Эльгинский угольный комплекс – природная среда» и определения структуры геотехнической системы выявлены направления и интенсивность факторов воздействия угольного комплекса на природную среду, а также характер изменения геосистем и оценка степени их преобразования. Здесь также выделяются три блока: технический, природный и управления.
Технический блок состоит из комплекса производственных и вспомогательных сооружений, связанных между собой локальными технологическими связями и выполняющих функции добычи угля, его обогащения и транспортировки. Имеется комплекс гидротехнических сооружений, а также временный и вахтовый поселки.
Добывающий комплекс представлен угольным разрезом и различными вспомогательными базами и складами. Добыча угля влечет за собой изменения в литосфере, воздействуя на геоморфологические, геокриологические и гидрологические условия, а также на растительность и почвы. Пыление в результате буровзрывных работ ведет к загрязнению атмосферы, в конечном счете – земной поверхности и водных ресурсов.
Ядром обогатительного комплекса является действующая обогатительная фабрика мощностью 2,7 млн т угля в год [5]. Проектом предусмотрено строительство еще одной обогатительной фабрики с более чем трехкратной мощностью. Также имеется станция погрузки угля. Основным экологическим влиянием обогатительной фабрики является загрязнение атмосферного воздуха, а через него – других компонентов природной среды (подстилающей поверхности, грунтов, почвенно-растительного покрова и водной среды).
Схема разработки экологической оценки Канкунской ГЭС в составе геотехнической системы
Отвальный комплекс представляет собой полигон отвалов вскрышных пород, в составе которого имеются три внешних отвала и один внутренний. Кроме изъятия земель под отвалы, основными направлениями их воздействия на природную среду являются изменение геоморфологических условий, сведение растительного покрова, загрязнение воздуха и земной поверхности, связанные с погрузочно-разгрузочными работами.
Крупнейшим объектом гидротехнического комплекса, кроме нагорных канав, отводов и других водоемов, является пруд-отстойник, куда должны сбрасываться карьерные воды не ранее конца 20-х гг. Кроме пруда-отстойника предусмотрено создание гидротехнических сооружений, под которые отведено более 46 га [5]. Таким образом, при полном развитии угольного комплекса сбросы излишков карьерных вод будут производиться в водные объекты, что повлечет изменение их химического состава.
Кроме того, имеется транспортный комплекс, включающий в себя линии электропередач, ветку железной дороги, мосты и автодороги. Основное экологическое воздействие комплекса проявляется в загрязнении почвенно-растительного покрова.
Природный блок представлен сочетанием характерных для гор Южной Якутии типов ландшафтов высотной поясности: горно-пустынными, горно-тундровыми, подгольцовыми, горно-редколесными и горно-таежными. Широко распространены интразональные типы ландшафтов. Морфологическая структура районов состоит из восьми типов местности: горно-привершинного, плоскогорно-привершинного, горно-склонового, предгорного зандрового, горно-долинного, ледниково-долинного, озерно-котловинного и аквального [6].
Проведен обзор отечественных публикаций, посвященных изучению взаимодействия объектов энергетики и природной среды в криолитозоне с использованием концепции природно-технических систем. В большинстве они посвящены разработке различных методов изучения, оценки и управления геотехническими системами, связанными с ГЭС, газовыми комплексами и другими объектами ТЭК [7–9] и др. Их сравнительный анализ с обсуждаемой статьей позволяет считать, что, в отличие от геотехносистемного подхода, авторы во многих случаях придерживаются природно-техносистемного подхода, когда геотехническая система является структурной частью более общей природно-технической системы. При этом геотехническая система отражает взаимодействие технического сооружения с геологической средой, осложненной мерзлыми породами, что позволяет изучать взаимодействие техники и природы в области криолитозоны более детально, на локальном уровне.
Но изучение таких грандиозных объектов, как Эльгинский угольный комплекс и Канкунская ГЭС, в экстремальных малоосвоенных и труднодоступных для сбора фактических материалов условиях Севера, на начальных этапах исследования в виде геотехнических систем представляется вполне оправданным и перспективным.
Выводы
Выявлена структура двух типов геотехнических систем – «Канкунская ГЭС – природная среда» и «Эльгинский угольный комплекс – природная среда», раскрыт механизм взаимодействия сооружений с природной средой; выявлены направления и интенсивность факторов воздействия гидроэлектростанции и угольного комплекса на природную среду; характер изменения геосистем и оценка степени их преобразования; определены функциональные и локальные связи внутри геотехнических систем.
Рассмотрение проекта Канкунской ГЭС в составе геотехнической системы позволило разработать схему получения комплексной экологической оценки воздействия крупных гидроэлектростанций на Севере.
Таким образом, изучение влияния объектов топливно-энергетического комплекса на природную среду Южной Якутии в виде геотехнической системы дает возможность комплексного изучения и решения экологических задач, что позволит дифференцированно оценить влияние технических объектов на природную среду, устойчивость геосистем и антропогенную нагрузку на них, а также является основой для управления всей геотехнической системой и разработки дифференцированных природоохранных мероприятий