Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Введение

В современных социально-экономических условиях одним из ключевых стратегических направлений развития Азиатского Севера РФ является разработка потенциала экспортноориентированных минерально-сырьевых ресурсов Арктической зоны Республики Саха (Якутия), которая происходит в труднодоступных районах с суровым климатом и является экологически рискованным видом природопользования.

На территории Арктической зоны расположены месторождения многих полезных ископаемых: золота, серебра, редкоземельных металлов, россыпей алмазов на реках Анабар, Оленек, Молодо [1], а также обширных запасов многих других полезных ископаемых. Для освоения месторождений предполагается усовершенствование существующей энергоснабжающей инфраструктуры, диверсификация схем электроснабжения и формирование альтернативных источников энергии.

Важнейшим аспектом освоения минерально-сырьевых ресурсов региона и их энергоснабжения является экологическая безопасность, что связано со значительным воздействием на окружающую среду на слабоустойчивые северные ландшафты и требует проведения анализа и научной оценки современного состояния природной среды и экологических последствий. Необходимость минимизации негативных последствий обусловливает необходимость поиска различных направлений методических подходов и их совершенствование. Это диктует необходимость разработки набора показателей, включение которых в комплексную оценку схем энергоснабжения позволит принять обоснованное рациональное решение перспективного развития конкретных объектов.

Для решения этих задач предлагается применение геоэкологических методов исследования, а именно комплексного геоэкологического подхода, располагающего ландшафтной методикой, позволяющей установить механизм взаимосвязи между компонентами геосистемы [2, с. 33], произвести геоэкологическую оценку территорий с антропогенной нагрузкой [3], а также применить принципы концепции геотехнических систем, обеспечивающие изучение взаимодействия объектов энергетики с природной средой [4].

В связи со значительным количеством различных проявлений взаимодействия технических сооружений с природной средой возникает необходимость группирования набора показателей оценки экологического воздействия на природную среду энергосистемы арктических территорий Якутии.

Разработка набора показателей и включение их в комплексную оценку схем энергоснабжения позволит принять обоснованное и рациональное решение перспективного развития конкретных объектов.

Характеристика энергосистемы арктической зоны Республики Саха (Якутия)

Арктическая зона Республики Саха (Якутия) охватывает 13 районов (улусов) республики: Абыйский, Аллаиховский, Анабарский, Булунский, Верхнеколымский, Верхоянский, Жиганский, Момский, Нижнеколымский, Оленёкский, Среднеколымский, Усть-Янский, Эвено-Бытантайский.

Эти районы, входящие в состав Северного энергорайона Якутии, наряду с другими северными районами относятся к децентрализованной зоне энергоснабжения. Основным источником энергоснабжения здесь являются изолированные локальные дизельные электростанции. Суммарная установленная электрическая мощность электростанций Арктической зоны составила на 01.01.2020 более 167,2 МВт [5]. Объекты энергоснабжения состоят из 166 электростанций, из которых 135 дизельных, 3 газопоршневых, 4 газотурбинных. В п. Депутатском функционирует единственная мини-ТЭЦ на угле мощностью 7,5 МВт. Кроме того, функционируют 23 возобновляемых энергоисточника суммарной мощностью 2602 кВт, из которых 21 составляют солнечные электростанции (СЭС) суммарной мощностью 1662 кВт и 2 ветроэлектростанции (ВЭС) суммарной мощностью 940 кВт [6]. В 2021 г. запланировано строительство возобновляемых источников энергии 6 солнечных электростанций суммарной мощностью 3343 кВт и две СЭС суммарной мощностью 125 кВт с накопителями энергии [5].

Целью исследования является формирование показателей оценки экологического воздействия объектов энергоснабжения арктических территорий Якутии на природную среду.

Материалы и методы исследования

Путем применения геоэкологического подхода было проведено группирование показателей, раскрывающих процессы трансформации природной среды под влиянием техногенной деятельности для оценки экологического воздействия энергосистемы бассейнов р. Яна, Индигирка, Колыма и для обоснования направлений снижения негативного воздействия при разработке и освоении минерально-сырьевых ресурсов.

Использованы методы ландшафтного анализа, комплексного географического подхода, концепции геотехнических систем, сравнительный, статистический, картографический, оценочный методы. Также применены данные наблюдений ФБГУ ЯУГМС (Федерального бюджетного государственного управления Якутского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды).

Результаты исследования и их обсуждение

Были сгруппированы показатели воздействия на природную среду существующих стационарных источников энергии, представленных в основном ДЭС, ТЭЦ, угольным разрезом в п. Депутатский: объемы и состав выбросов в атмосферу загрязняющих веществ; показатели химического загрязнения поверхностных вод от различных источников, объемы и состав поступающих в природу загрязняющих веществ от развеивания отходов, отвалов, шламохранилища. При этом наибольшее воздействие на природную среду приходится на дизельные электростанции [7], а другие источники энергии, включая ТЭЦ, угольный разрез, а также альтернативные (СЭС и ВЭУ), оказывают незначительное воздействие на экологическое состояние природной среды (рисунок).

Структура установленной электрической мощности электростанций в арктической зоне

Показателями воздействия на воздух являются выбросы загрязняющих веществ в Нижне-Колымском, Момском, Абыйском, Верхоянском, Аллаиховском, Среднеколымском, Верхнеколымском, Усть-Янском улусах от функционирования 215 дизельных энергетических установок, которые оказывают локальное воздействие на окружающую среду. Поскольку на изучаемой территории систематический контроль за загрязнением атмосферного воздуха не ведется, то объемы максимальных и валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ДЭУ были подсчитаны в соответствии с требованиями методики [8]. В табл. 1 приведены суммарные сведения о выбросах загрязняющих веществ по районам.

Таблица 1

Суммарные выбросы загрязняющих веществ от дизельных установок по арктическим районам за 2000–2005 и 2014–2018 гг.

Таблица 2

Оценка степени загрязнения воды рек Яна, Индигирка и Колыма

В целом можно заключить, что с каждым годом постепенно происходит небольшое увеличение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в связи с увеличением расхода дизельного топлива.

Гидрохимическое состояние воды исследуемых рек дано на основе статистической обработки данных гидрохимической сети наблюдений ФБГУ ЯУГМС [9] и оценено на основе значений УКИЗВ (удельного комбинаторного индекса загрязненности воды), что позволяет подразделить качество поверхностных вод на 5 основных классов и 6 разрядов в зависимости от степени их загрязненности [9]. Характерными загрязняющими веществами бассейнов северных рек являлись органические вещества по ХПК (химическому потреблению кислорода) и БПК5 (биохимическому потреблению кислорода в течение 5 суток), соединения меди, железа, цинка, марганца, фенолы, нефтепродукты, ртути [9]. Собранные данные были сопоставлены с предельно допустимыми концентрациями нормируемых веществ, что отражает отклонения от этих нормативов. Степень измененности природы определена на основе сравнения ее с базовым или фоновым состоянием. Общая характеристика загрязненности рек приведена из [9] и отражена в табл. 2.

Оценка природных условий территории Якутии для целей развития энергетики должна базироваться на понятиях об устойчивости ландшафтных комплексов в условиях техногенного воздействия, определяемой характером техногенных воздействий и свойствами ландшафтов. Так, устойчивость ландшафтов бассейнов изучаемых рек оценена по их мерзлотным и биогидроклиматическим показателям с использованием балльного метода.

Основой методики оценки степени устойчивости ландшафтных комплексов явился расчет устойчивости северных ландшафтов [10] с применением карты Республики Саха (Якутия) [11]. В результате оценки определено, что степень устойчивости северных ландшафтов закономерно согласуется с их широтно-зональным и высотно-поясным распространением. Выявлено, что преобладающая часть ландшафтов арктической территории Якутии является неустойчивой. Так, оценка ландшафтов бассейна р. Яны показала, что тундровая ландшафтная провинция с низкотеррасовым ландшафтом поймы в устье, относящаяся к субарктическим и арктическим тундрам, определена как природный комплекс крайней степени неустойчивости. Горнотундровая, а также моренная провинции с преобладанием горноредколесных ландшафтов и заболоченные редколесья речных долин отнесены к неустойчивым. Среднегорная провинция с горнотундровыми и горноредколесными ландшафтами, представленная горными арктическими пустынями и горными тундрами лишайниковыми и зарослями кедрового стланика, определена как относительно неустойчивая [12].

В бассейне р. Индигирки крайне неустойчивой к внешним воздействиям явилась озерно-термокарстовая ландшафтная провинция с арктическими тундрами. К неустойчивым отнесены также горнотундровая и горноредколесная озерно-термокарстовая и низкогорная провинции. Среднегорная горнотундровая и горноредколесная северотаежная ландшафтные провинции определены как слабоустойчивые [13].

Устойчивость ландшафтов бассейна р. Колымы оценена таким образом, что наиболее неустойчивыми по сумме баллов явились провинции, относящиеся к субарктическим и арктическим тундрам, горным тундрам и лесотундрам: озерно-термокарстовые, тундровая низкогорные. Горноредколесные и подгольцово-редколесные плоскогорная, низкогорная и среднегорная провинции являются слабоустойчивыми, а занимающая наиболее южную часть бассейна р. Колымы северотаежная низкогорная провинция имеет среднюю степень устойчивости к антропогенным [14].

Заключение

Разработаны показатели, характеризующие экологические последствия, необходимые для комплексной оценки воздействия объектов энергоснабжения на природную среду при освоении минерально-сырьевых ресурсов в арктическом секторе Республики Саха (Якутия). Использование геоэкологического подхода позволило дать количественные оценки эмиссии загрязняющих веществ в основные элементы природной среды – в атмосферу и водные объекты и произвести экологическую оценку изменения состояния природной среды в результате функционирования объектов энергетики для условий Арктики.

Определено, что степень изменения водной и воздушной сред зависит от степени техногенного воздействия и устойчивости ландшафтов. Степень устойчивости ландшафтов обусловлена соотношением криогенных и биогидроклиматических условий, являющихся основными факторами ландшафтообразования в каждом природном комплексе.

Так, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от дизельных электростанций не превышают предельных концентраций, но с каждым годом отмечается небольшое увеличение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в связи с увеличением расхода дизельного топлива. Сбросы сточных вод объектов энергоснабжения в бассейны изучаемых рек не являются существенным фактором техногенного влияния на качество воды, хотя вносят определенный вклад в загрязнение вод. К основным загрязнителям относятся производственные сбросы горнодобывающих предприятий и хозяйственно-бытовые стоки населенных пунктов. Характерными загрязняющими веществами бассейна являются органические вещества по ХПК и БПК5, соединения меди, железа, цинка, марганца, фенолы, нефтепродукты, ртути.

Одним из основных факторов риска при освоении минерально-сырьевых ресурсов Арктики является низкая степень устойчивости ландшафтов. Оценка степени устойчивости ландшафтов бассейнов р. Яны, Индигирки и Колымы позволила определить, что в целом все ландшафтные провинции неустойчивы. Крайней степенью неустойчивости обладают арктические и субарктические тундры и горные тундры. Таким образом, основным фактором риска является низкая устойчивость северных ландшафтов, что определяет дальнейшее изучение влияния энергетических объектов на состояние природных ландшафтов Арктики.

Результаты могут быть востребованы при разработке комплексной оценки схем энергоснабжения арктических территорий РФ, выдаче рекомендаций республиканским органам власти, горнодобывающим предприятиям и энергетическим компаниям при планировании развития территории и регламентации хозяйственной деятельности.